ADI集成模擬前端子系統 ADAS1000 簡化診斷級 ECG 應用設計

在不久前于舊金山召開的2011年度國際固態電路會議上，與會專家紛紛指出電子技術將協助推動醫療護理體系由醫院擴大至居家，降低相關成本并提升民眾生活質量，而新一代處理器、無線技術、 電池 技術與數據采集技術的結合將是實現這樣轉變的必要條件。

作為在現代醫療應用中發揮極其重要作用并獲廣泛使用的檢測設備，心電圖（ECG）設備一直在見證這樣的轉變。心電圖之父 Willem Einthoven 一百多年前發明第一臺真正意義上的心電圖設備時，龐大而笨重，需要很多人參與操作才能實現一次心電圖檢測。而今天，高性能12導聯的心電圖儀已經可以輕松裝入口袋之中。

ADI 公司近日推出支持 ECG 系統實現監護級和診斷級性能的全集成 AFE（模擬前端）系列芯片的首款產品 ADAS1000，能夠測量 ECG 信號、胸阻抗、起搏檢測、導聯連接/脫落狀態，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/矢量或電極數據。ADAS1000的推出再次續寫了心電圖設備小型化、高性能的發展趨勢。

ADAS1000 讓 ECG 設計變得如此簡單

圖1是 ECG 設計的一個單導聯 ECG 系統簡化系統功能框圖。如果采用分立器件實現 ECG 設計，在模擬前端部分，每個導聯都需要實現圖中保護電路、緩沖、放大及濾波、ADC 等功能電路模塊。工程師獨立完成該系統設計將是一個極具挑戰性的工作：首先，分立器件的選擇需要參考眾多的性能指標，包括濾采樣速率、帶寬、噪聲，等等；為使 ECG 測量輸出信息可用，必須保證通道之間的一致性；前端信號調理電路與 ADC 之間的匹配；眾多的調試點，調試工作量巨大……事實上，除了圖中所示的基本功能模塊外，用戶的設計工作可能還包括：構建 RFI 濾波器以減少諸如手機、廣播等的無線干擾；選擇合適的阻容器件設定恰當的濾波頻率；對敏感器件增加靜電屏蔽罩以避免 ESD 干擾，使產品滿足 IEC 相關標準要求。

ECG 系統框圖（單導聯）

采用 ADAS1000 集成模擬前端，上述問題都有效回避！所有的前端信號處理都在單芯片內部實現，用戶所需要完成的僅僅是按照系統設計需求，通過數據接口實現關鍵寄存器的設置。電路設計變得如此簡化，只需使用幾顆貼片阻容器件即可，可以大大地縮短 ECG 系統設計時間，而模擬前端部分的調試點也從以前分立解決方案的幾十個減少到現在的幾個，從而讓系統調試變得非常簡單，加快產品面市。

高集成度使 ADAS1000 心電圖模擬前端的信號鏈材料清單明顯縮減，從原來的多達50個器件減少到只需單芯片 ADAS1000 外加幾個分立器件，極大的簡化了多電極 ECG 系統的設計。圖3是完整的 ADAS1000 評估板，其中紅框中的電路是多通道 ECG 模擬前端部分，該電路中采用了兩塊 ADAS1000 芯片（為簡化測試結果的顯示，其中一塊未貼片）以實現多導聯擴展。從圖中可以看到電路非常干凈（為方便測試，電路中增加了額外器件和布局考慮）。

ADAS1000內部功能框圖

ADAS1000 還能支持 ECG 的無縫擴展。ADAS1000 很好地解決了通道間的一致性問題，針對更多導聯的應用需求，您可以靈活地利用多塊 ADAS1000 輕松實現系統的擴展，高一致性讓信號看起來就像來自同一塊芯片，幾乎不增加系統的開發和調試難度。

ADAS1000 的其它主要特性和優勢包括：直流耦合通道方案具有簡化輸入切換、增加功能、降低功耗和獨特的后處理優勢；5個 ECG 電極測量的工作功耗僅19mW，可以方便地禁用任何不用的通道或特性，使一個導聯的較低功耗僅11mW；低噪聲性能（0.05 Hz至150 Hz范圍內10 µV峰峰值）支持終端設備監管標準；提供不同的數據幀速率（2kHz、16kHz、128kHz），較大程度地簡化數據采集任務；能夠簡化整體設計，去除許多分立器件，并縮減系統整體尺寸、降低功耗、縮短開發時間。該器件還集成了起搏器脈搏檢測和呼吸測量功能，這些特性對于高性能 ECG 系統至關重要。

基于 ADAS1000的開發評估板

高集成度而不失設計靈活性

高集成度的優勢通常以缺乏設計靈活性為代價，然而 ADAS1000 在某種程度上讓設計師更具設計靈活性，因為用戶幾乎可以利用 SPI 數據接口通過對寄存器配置，實現針對任何一個環節的相關特性進行設定，包括濾波器帶寬設定、數據速率設定、采樣速率設定、通道禁用，等等。

心電圖設備針對不同的應用有不同的要求，例如家用的便攜性、低功耗和低成本，而診所和醫院對設備的特性和性能要求更高。借助高度集成的 ADAS1000 AFE，設計人員將能開發出更緊湊、更便攜的新一代 ECG 系統，也可以提供有效分析病人心臟狀況所需的診斷級精度。該器件可以針對噪聲性能、功耗或數據速率進行優化配置，適合家用、救護車和臨床 ECG 系統。

功耗是便攜式 ECG 較重要的指標。對于便攜式的動態心電圖監測儀，通常病人需要隨身攜帶連續一星期或幾天以了解心臟的跳動規律，真正判斷心臟部位的健康狀況。對于這一類 ECG 市場來說，一般至少要保證8到10個小時的設備續航能力，就目前的鋰電池容量來看，這對系統的功耗設計是一個挑戰，設計工程師必須對系統中每一個用到的器件都要提出嚴格的功耗預算。ADAS1000 在設計時充分考慮到了這一點，可以較大程度地實現功耗和性能的均衡考慮。為降低功耗，用戶在使用 ADAS1000 時可以方便地禁用任何不用的通道或特性，可以關閉信號采集通道，降低采樣速率，或采用不同的數據幀速率，從而可以使一個導聯的較低功耗低至11mW。此外，ADAS1000采用了一種靈活的功耗/噪聲調整選擇，可以針對特定應用以容忍適當噪聲來降低功耗，或以提高功耗為代價降低噪聲。

全面技術支持助您輕松實現系統設計

在推出集成模擬前端子系統 ADAS1000 芯片同時，ADI 還提供了 ADAS1000 的全功能評估板，它包括該 AFE、電源、用于簡化開發和制造的控制與接口選項，并且能夠配置該 AFE（從5導聯到12導聯）進行較終部署。包括全功能評估板和評估軟件平臺在內的該套演示評估系統是對 ADAS1000 芯片進行性能評估的良好工具，板上兩片 ADAS1000 可支持演示1到12

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