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最新集成模擬前端子系統(tǒng) ADAS1000 簡化診斷級 ECG 應用設計

2011-03-08 11:22 8465

上海2011年3月8日電 /美通社亞洲/ -- 在不久前于舊金山召開的2011年度國際固態(tài)電路會議上,與會專家紛紛指出電子技術將協(xié)助推動醫(yī)療護理體系由醫(yī)院擴大至居家,降低相關成本并提升民眾生活質(zhì)量,而新一代處理器、無線技術、電池技術與數(shù)據(jù)采集技術的結合將是實現(xiàn)這樣轉變的必要條件。

作為在現(xiàn)代醫(yī)療應用中發(fā)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(fā)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(xiàn)一次心電圖檢測。而今天,高性能12導聯(lián)的心電圖儀已經(jīng)可以輕松裝入口袋之中。

作為全球領先的高性能信號處理解決方案供應商及醫(yī)療設備行業(yè)的長期供應商,ADI 公司近日推出支持 ECG 系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)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(chǎn)品 ADAS1000,能夠測量 ECG 信號、胸阻抗、起搏檢測、導聯(lián)連接/脫落狀態(tài),并將此信息以數(shù)據(jù)幀的形式輸出,以可編程數(shù)據(jù)速率提供導聯(lián)/矢量或電極數(shù)據(jù)。ADAS1000的推出再次續(xù)寫了心電圖設備小型化、高性能的發(fā)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(lián) ECG 系統(tǒng)簡化系統(tǒng)功能框圖。如果采用分立器件實現(xiàn) ECG 設計,在模擬前端部分,每個導聯(lián)都需要實現(xiàn)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(tǒng)設計將是一個極具挑戰(zhàn)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(diào)理電路與 ADC 之間的匹配;眾多的調(diào)試點,調(diào)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?shù)臑V波頻率;對敏感器件增加靜電屏蔽罩以避免 ESD 干擾,使產(chǎn)品滿足 IEC 相關標準要求。


ECG 系統(tǒng)框圖(單導聯(lián))

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(nèi)部實現(xiàn),用戶所需要完成的僅僅是按照系統(tǒng)設計需求,通過數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)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(tǒng)設計時間,而模擬前端部分的調(diào)試點也從以前分立解決方案的幾十個減少到現(xiàn)在的幾個,從而讓系統(tǒng)調(diào)試變得非常簡單,加快產(chǎn)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(tǒng)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(xiàn)多導聯(lián)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(nèi)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(lián)的應用需求,您可以靈活地利用多塊 ADAS1000 輕松實現(xiàn)系統(tǒng)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(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試難度。

ADAS1000 的其它主要特性和優(yōu)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(yōu)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(lián)的較低功耗僅11mW;低噪聲性能(0.05 Hz至150 Hz范圍內(nèi)10 µV峰峰值)支持終端設備監(jiān)管標準;提供不同的數(shù)據(jù)幀速率(2kHz、16kHz、128kHz),較大程度地簡化數(shù)據(jù)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(tǒng)整體尺寸、降低功耗、縮短開發(fā)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(tǒng)至關重要。


基于 ADAS1000的開發(fā)評估板

高集成度而不失設計靈活性

高集成度的優(yōu)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(shù)據(jù)接口通過對寄存器配置,實現(xiàn)針對任何一個環(huán)節(jié)的相關特性進行設定,包括濾波器帶寬設定、數(shù)據(jù)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(yī)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(fā)出更緊湊、更便攜的新一代 ECG 系統(tǒng),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(shù)據(jù)速率進行優(yōu)化配置,適合家用、救護車和臨床 ECG 系統(tǒng)。

功耗是便攜式 ECG 重要的指標。對于便攜式的動態(tài)心電圖監(jiān)測儀,通常病人需要隨身攜帶連續(xù)一星期或幾天以了解心臟的跳動規(guī)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(xù)航能力,就目前的鋰電池容量來看,這對系統(tǒng)的功耗設計是一個挑戰(zhàn),設計工程師必須對系統(tǒng)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(xiàn)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(shù)據(jù)幀速率,從而可以使一個導聯(lián)的較低功耗低至11mW。此外,ADAS1000采用了一種靈活的功耗/噪聲調(diào)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(xiàn)系統(tǒng)設計

在推出集成模擬前端子系統(tǒng) 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(fā)和制造的控制與接口選項,并且能夠配置該 AFE(從5導聯(lián)到12導聯(lián))進行最終部署。包括全功能評估板和評估軟件平臺在內(nèi)的該套演示評估系統(tǒng)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導聯(lián)系統(tǒng)(需軟件支持),而完整的 USB 控制軟件可讓用戶方便地對芯片進行配置以及對 ECG 信號和呼吸信號的觀察和分析;5V板上電源,兩片 ADP151 提供 ADAS1000 的通電需要;可選的在 CEG 通路上的 R&C 電路使得用戶可以按照系統(tǒng)要求靈活調(diào)整自己的濾波及線纜模式。為了簡化制造測試、開發(fā)以及提供整體上電測試,ADAS1000 通過 CAL DAC提供一套直流和交流測試激勵、CRC 冗余測試,以及對所有相關寄存器地址空間的回讀功能。

ADI 可以為 ECG 系統(tǒng)設計者提供除電極以外的全套配套器件,包括 Blackfin® DSP(數(shù)字信號處理器)、單芯片 USB 隔離器 ADuM4160、四通道數(shù)字隔離器 ADuM2401、5kV DC/DC 轉換器ADuM6000、收發(fā)器 ADF7023、線性調(diào)節(jié)器 ADP150 和 ADP151。

除了提供演示評估系統(tǒng)和配套器件外,ADI 專門針對醫(yī)療電子應用成立的健康保健事業(yè)部匯集了全球具有豐富醫(yī)療電子應用設計經(jīng)驗的專家,他們可以為 ECG 產(chǎn)品系統(tǒng)設計提供更具針對性的專業(yè)建議,解決設計難題。

ADI 助力中國廠商進軍 ECG 市場

與五大巨頭(GE、日立、飛利浦、西門子和東芝)瓜分主要蛋糕的全球 CT 市場不同,心電圖市場的全球主要供應商達數(shù)十家,更有數(shù)以百計的中小規(guī)模制造商。因此,對于近年來迅速成長的中國本土醫(yī)療設備企業(yè)來說,快速增長的全球 ECG 市場是最具發(fā)展前景、更具競爭機會的市場之一。

ADI 擁有全球領先的模擬和數(shù)字技術,并將醫(yī)療電子作為重點關注的領域之一,ADI 公司更在四年前成立了專門的健康保健事業(yè)部以加強在該領域的持續(xù)技術領先性和技術服務能力。ADAS1000 產(chǎn)品的推出正是根據(jù)當今 ECG 產(chǎn)品發(fā)展的特殊需求開發(fā)的高集成度芯片,高集成度、優(yōu)化的前端方案帶來的簡化設計優(yōu)勢和快速產(chǎn)品面市將有助于中國廠商的加入全球市場競爭,將推動 ECG 設備市場的新一輪革新。

消息來源:ADI
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關鍵詞: 電腦/電子 半導體
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