ADAS1000心電圖(ECG)設計

ADI公司的低功耗五電極心電圖(ECG)系統采用ADAS1000模擬前端(AFE). ADAS1000能夠測量心電圖(ECG)信號、胸阻抗、人工起搏信號、導聯(lián)連接/脫落狀態(tài)，并將此信息以數據幀的形式輸出，以可編程數據速率提供導聯(lián)/矢量或電極數據。它具有低功耗和小尺寸特性，適合電池供電的便攜式應用。本文介紹了ADAS1000主要特性, 功能方框圖,以及心電圖(ECG)系統解決方案框圖,所用主要元件以及ECG系統所使用的主要產(chǎn)品.

ADAS1000能夠測量心電圖(ECG)信號、胸阻抗、人工起搏信號、導聯(lián)連接/脫落狀態(tài)，并將此信息以數據幀的形式輸出，以可編程數據速率提供導聯(lián)/矢量或電極數據。它具有低功耗和小尺寸特性，適合電池供電的便攜式應用。它還是一款高性能器件，因此適用于高端診斷設備。

ADAS1000旨在簡(jiǎn)化采集和確保高質(zhì)量ECG信號的任務(wù)。心臟后處理是一種增值功能，可在外部DSP、微處理器或FPGA上執行。多個(gè)數字輸出選項則確保監控和分析信號的靈活性。ADAS1000針對生物電信號應用提供了一種低功耗、小型數據采集系統。

它還具有一些有助于提高ECG信號的采集質(zhì)量輔助特性，包括：多通道均值受驅導聯(lián)；可選的參考驅動(dòng)；快速過(guò)載恢復；返回幅度和相位信息的靈活呼吸電路；在3個(gè)導聯(lián)上運行內置起搏信號檢測算法；以及交流或直流導聯(lián)脫落檢測選項。

由于ECG系統應用廣泛，因此ADAS1000采用一種靈活的功耗/噪聲調整選擇，以提高功耗為代價(jià)降低噪聲。為了省電，可以關(guān)閉信號采集通道，也可以降低數據速率。

為了簡(jiǎn)化制造測試、開(kāi)發(fā)以及提供整體上電測試，ADAS1000通過(guò)CAL DAC提供一套直流和交流測試激勵、CRC冗余測試，以及對所有相關(guān)寄存器地址空間的回讀功能。

ADAS1000提供56引腳LFCSP和64引腳LQFP兩種封裝選項，額定溫度范圍為-40°C至+85°C。

ADAS1000主要特性:

生物電信號輸入，數字信號輸出

5 個(gè)采集(ECG)通道 + 1個(gè)受驅導聯(lián)

IC并行可用于10多個(gè)電極的測量

交流和直流導聯(lián)脫落檢測

3個(gè)導聯(lián)內置起搏信號檢測算法

-- 支持使用者數字起搏信號

胸阻抗測量（內部/外部路徑）

可選參考導聯(lián)

ADAS1000應用

ECG：監控與診斷

床邊病人監護

便攜式遙測

動(dòng)態(tài)心電監護儀

自動(dòng)體外除顫器(AED)

心臟除顫器

便攜式監護儀

心臟起搏器編程器

病人運送

壓力測試

圖1.ADAS1000功能方框圖

心電圖(ECG)系統解決方案

心電圖(ECG)系統通過(guò)測量活組織表面電位來(lái)記錄心臟在一段時(shí)間內的電性活動(dòng)。它使用生物電位電極來(lái)拾取身體特定部位的心臟信號，兩個(gè)電極間的差分電壓或某一電極與多電極平均電壓之間的差分電壓可在測量后顯示為ECG輸出上的一個(gè)通道。

模擬前端(AFE)的主要功能是將心臟信號數字化。由于需要抑制來(lái)自強射頻源、起搏信號、導聯(lián)脫落信號、共模頻率、其他肌肉信號及電噪聲的干擾，該過(guò)程十分復雜。通常，AFE包括儀表放大器(INA)、濾波器和模數轉換器(ADC)。

ECG系統設計考慮和主要挑戰:

設計ECG系統時(shí)，需要克服各種挑戰，例如安全、共模抑制、直流偏置、RFI(射頻干擾)/EMC(電磁兼容性)、輸入保護和等效輸入噪底。

• 優(yōu)先考慮與患者和操作員安全相關(guān)的交流主電源隔離，以及與患者電極粘附相關(guān)的源電流或吸電流。確保不存在能產(chǎn)生流經(jīng)患者的電流超過(guò)10 _A rms的常態(tài)或單一故障條件路徑。確?；颊唠娐返闹绷骷暗皖l隔離達到交流主電源的10次諧波及以上。確?；颊吲c接地之間至少5000 V的隔離。

• 標準要求指定測試的共模抑制比(CMRR)稍低于100 dB，某些臨床用途要求120 dB。“右腿驅動(dòng)”等技術(shù)有助于降低INA的CMRR要求，但仍需要仔細整體考慮元件和系統設計。

• 粘附于皮膚的電極產(chǎn)生的直流偏置電壓可高達_300 mV。測量幅度僅有幾mV的目標信號時(shí)，該直流偏置電壓會(huì )有很大影響。

• 系統不能受到附近其他符合AAMI、ISO和IEC標準的醫療設備的影響。系統也不能經(jīng)交流主電源或其他“外部電纜”發(fā)出或“傳導”超過(guò)IEC60601-1-2標準的輻射。

• 有必要保護ECG前端系統受到因環(huán)境和人為瞬變造成的損害，例如除顫器保護和靜電放電(ESD)。

• 在20秒或更長(cháng)周期內，于0.05 Hz至150 Hz帶寬上測量的_V(峰峰值)輸入噪底限制常常是一大挑戰。需要采用各種硬件和軟件技術(shù)實(shí)現所需噪底。

圖2. 心電圖(ECG)系統解決方案框圖

心電圖(ECG)系統解決方案框圖中主要元件:

圖3.心電圖(ECG)系統外形圖

ECG系統所使用的主要產(chǎn)品: