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硬核干貨丨與工程師在線 QA,明星器件 AD8232 的常見問題集錦

2019-08-02 13:24:49 來源:亞德諾半導體
標簽:
ECG   ADC   器件

AD8232,一款用于ECG及其他生物電測量應用的集成信號調理模塊,用于在具有運動或遠程電極放置產生的噪聲的情況下提取、放大及過濾微弱的生物電信號。該器件曾獲最佳電子產品設計獎以及EDN百款熱門產品獎。作為一款熱門器件,使用AD8232時您都遇到過哪些問題?

 

今天小編為大家分享下AD8232的一些常見問題,供大家在使用該芯片時參考~

 

01、AD8232的解決方案是交流耦合還是直流耦合?

是交流耦合的。AD8232內部結構集成了交流耦合。

 

交流耦合系統可以去除電極造成的半電池電位的直流信號的影響。去除了直流成分,系統后級的放大器可以對感興趣的信號做大增益倍數的放大。交流耦合信號處理放大后,中低分辨率的 ADC可以滿足設計要求,很多MCU集成的ADC就可以滿足要求。

 

DC耦合的方案受到放大倍數的限制,信號調理后信號幅值比較小,需要高分辨率的ADC以到達相同的動態范圍。高分辨率的ADC通常更貴,體積更大,功耗更高。

 

AC耦合或DC耦合需要根據系統需求選擇,沒有好壞的區別。AC耦合的設計的功耗會較DC耦合低一些。

 

02、AD8232介紹是單導聯解決方案。單導聯是什么意思,使用兩個電極、三個電極還是更多電極?

AD8232是單導聯解決方案,它放大濾波處理一對兩片電極的差分信號。一個導聯最少需要兩個電極,可以使用第三個電極作為右腿驅動,來抑制共模干擾。

 

總之,AD8232只能作為單導聯解決方案,使用兩電極或者三電極

 

03、可以使用AD8232做多導聯ECG診斷設備嗎?

診斷ECG設備醫院診室、病房床旁、ICU等位置見到。它需要低噪聲、寬帶寬、非常好的信號質量。

 

AD8232主要設計心率檢測,以及一些ECG監測應用比如家用ECG設備、運動設備,以及新興應用如游戲娛樂設備、汽車、筆記本、移動電話、手表等。對于診斷ECG應用,可以參考ADI  ADAS1000系列產品:

 

http://www.analog.com/cn/products/application-specific/medical/ecg.html

 

04、怎樣快速設計AD8232的濾波器?

AD8232頁面可以下載 AD8232 Filter Design Tool 設計工具。這個工具通過圖形化的界面幫助用戶進行帶通濾波器設計,幫助用戶對需要的外部電阻電容取值。

 

至少需要一階高通濾波器,也可以選擇使用二階、三階高通濾波器。低通濾波器可選,推薦使用。

 

05、不同應用對濾波器有哪些要求?

可以從兩個設計結構開始:

 

對于只測量心率,ECG信號波形形狀并不重要的應用,可以使用較窄的帶通濾波器。推薦使用 7Hz到25Hz的濾波器。頻率低于7Hz的信號被衰減,可以有效抑制活動的影響,推薦用于運動應用中。

 

 

對于ECG波形形狀重要的應用中,推薦使用0.5Hz到40Hz的濾波器。因為一些低頻信號可以通過濾波器,所以這個設計對運動偽影和基線漂移比價敏感。

 

 

對元器件數量和失真進行權衡可以使用兩階濾波器。一階濾波器使用更少的元器件,濾波器滾降更慢;需要濾波器更陡峭可以額外添加一階RC使用三階濾波器。

 

06、快速恢復功能有什么好處?

AD8232是交流耦合的解決方案,它使用高通濾波器濾除直流和接近直流頻率的信號。因為截止頻率比較低,可以是1Hz或者更低,去除直流信號的建立時間時間會比較長。例如在連接被測者后,測量可能需要幾秒鐘的延遲時間。這種情況在每次失去連接或者電極因為運動接觸不良時都會發生。

 

如果快速恢復功能被使用,快速恢復電路自動檢測信號丟失,提高高通濾波器的截止頻率。使得建立時間縮短。這個功能通過控制一個小電阻和外部的大電阻并聯實現。

 

當信號建立后,器件自動切換回到正常模式。AD8232的快速恢復功能自動完成,不需要外部控制器參與控制。

 

07、右腿驅動放大器是做什么用的,需要怎么使用?

右腿驅動電路可以消除影響生物電信號測量的共模信號干擾。為了提高性能,推薦使用三電極的解決方案,第三個電極提供右腿驅動放大器的輸出。

 

兩電極的系統,右腿驅動放大器輸出不連接電極,通過上拉電阻連接到VIN+和VIN-。電路性能介于兩電極和三電極解決方案中間。

 

 

連接導聯線比較短的心率監測應用,比如胸帶式心率檢測,可以不使用右腿驅動放大器。

 

08、右腿驅動是怎么工作的?

生物電信號檢測的一個挑戰是抑制人體、電極以及導線帶來的共模電壓的影響。這也是為什么需要使用有高共模抑制比的儀表放大器。

 

通過電容耦合的50/60Hz工頻電信號是主要的共模干擾來源。人體是良導體,在有市電環境周圍,可以想象成通過分布電容連接到供電線。當人體靠近電氣設備(比如醫院床旁監護設備、手術設備等)或系統導聯線比較長,干擾信號會增強。

 

降低干擾的一個方法是驅動人體到已知的電平來代替浮動電平。可以通過使用一個直流電壓驅動來實現,通過根據共模電壓動態驅動可以提高性能。可以監測兩電極的共模電壓變化,通常根據一個參考電壓反向(常選擇供電電壓一半)驅動回給人體。

 

 
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