TI 心电仪（ECG/EEG)完整模拟前端解决方案

发布时间：2015-07-21 阅读量：6214 来源: 我爱方案网作者:

【导读】人口老龄化的问题日渐成为人们关注的焦点，医疗电子市场的巨大潜力促成的医疗设备迅速扩展。TI ADS1298正是面向“诊断”设备中的ECG（心电图）、EDG（脑电图）、AED（自动外部去颤器）应用的集成模拟前端。其集成特点用于病人监控状况的呼吸电路，起搏检测，电极检测以及低功耗和高集成度等等。

TI 的全新 ADS1298 采用 8 个通道的 PGA 以及一个单独的 24 位 Δ-Σ ADC；威尔逊中心终端、功能增强的戈德伯格终端及其放大器，实现了完全标准的 12 导 ECG 集成模拟前端。与分立实施相比，ADS1298 缩减了组件数并降低了高达 95% 的功耗，每通道仅需 1mW 的功效，同时客户还可获得最高级别的诊断准确度。

ECG 系统功能与发展

ECG 机的基本功能包括 ECG 波形显示（通过 LCD 显示屏或印刷纸媒质显示）、心跳律动指示以及通过按钮控制的简单用户界面。越来越多的 ECG 产品要求具备更多的功能，例如通过便携式媒体存储电子病历、无线/有线传输以及在具有触摸功能的大型 LCD 显示屏上显示 2D/3D 图像。多级诊断功能正在帮助没有受过专门 ECG 培训的医护人员掌握 ECG 模式及某些心脏病的信号指示。在采集并数字化 ECG 信号之后，将发送这些信号以进行显示和分析，其中包括进一步的信号处理。

信号采集挑战：

·大的直流偏移和多种干扰信号的出现会导致 ECG 信号的测量面临挑战。典型电极的电压最高可达 300mV。干扰信号包含来自电源的 50/60Hz 干扰、病人活动导致的运动伪影、电外科设备、除颤脉冲、起搏器脉冲及其它监控设备等引起的射频干扰。

·ECG 内所需的准确度会随终端设备的变化而有所不同：

–标准监控设备需要 0.05-30Hz 之间的频率
–诊断设备需要 0.05-1000Hz 之间的频率

·可以借助能消除两输入端 AC 线常见噪声的高输入阻抗仪表放大器 (INA) 抵消一些 50Hz/60Hz 共模干扰。为了进一步消除输电线供电噪声，信号凭借放大器通过右腿被反向并向病人驱回。只需少许微电流甚至更少即可实现显著的 CMR 改进并保持在 UL544 限制之内。此外还会使用 50/60Hz 数字陷波滤波器进一步降低干扰。

模拟前端选项：

    ·优化功耗和模拟前端的 PCB 面积对于便携式 ECG 而言非常关键。技术改进后，当前提供了多种前端选项：
    –使用低分辨率 ADC（需要所有滤波器）
    –使用高分辨率 ADC（需要较少滤波器）
    –使用 Σ-Δ ADC（无需滤波器、除 INA 之外的放大器、直流偏移）
    –使用顺序和同步采样方法。

    使用低分辨率（16 位）ADC 时，信号需要被显著增益（增幅通常为 100–200 倍）以达到必要的分辨率。使用高分辨率（24 位）Σ-Δ ADC 时，信号需要 4–5 倍的适度增益。因此可以除去消除直流偏移所需的第二增益级和电路。这将实现面积与成本上的整体缩减。Σ-Δ 方法还将保留信号的整个频率内容，并为数据后期处理提供充分的灵活性。

    借助顺序方法，创建 ECG 引线的单个通道可被复用到一个 ADC。这样一来，相邻通道间必然会存在偏移。借助同步采样方法即可将专用 ADC 用于每个通道，因此通道之间不存在前面提及的偏移。

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