TI發(fā)布的ADS129x系列器件提供完整集成的模擬前端（AFE）功能，可用于病人監(jiān)護(hù)、便攜式和高端心電圖（ECG）及腦電圖（EEG）設(shè)備。開(kāi)發(fā)這種集成電路的工程師隊(duì)伍必須平衡一些極具挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)目標(biāo)：每通道功耗小于750uW，噪聲符合IEC的ECG標(biāo)準(zhǔn)（10uVp-p輸入），尺寸為8mmx8mm，以便支持便攜式和一次性ECG貼片應(yīng)用，以及低成本。ADS1298就是ADS129x系列器件中的一員，

ADS1298模數(shù)轉(zhuǎn)換器介紹

ADS1298是（ACTIVE） 具有集成 ECG 前端的 8 通道 24 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，主要用于心電圖 （ECG）監(jiān)控中。

ADS1294/6/8/4R/6R/8R是多通道，同步采樣，24位，三角積分（ΔΣ）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）系列產(chǎn)品，此產(chǎn)品具有內(nèi)置的可編程增益放大器（PGA），內(nèi)部基準(zhǔn)，和一個(gè)板載振蕩器。 ADS1294/6/8/4R/6R/8R包含了所有醫(yī)療心電圖（ECG）和腦電圖（EEG）應(yīng)用所通常要求的所有特性。

借助于其高水平的集成和出色的性能，ADS1294/6/8/4R/6R/8R系列產(chǎn)品可以用大大減小的尺寸，功率，和總體成本來(lái)開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展的醫(yī)療儀器。

ADS1294/6/8/4R/6R/8R在每通道上有一個(gè)靈活輸入復(fù)用器，此復(fù)用器可獨(dú)立連接至用于測(cè)試，溫度，和持續(xù)斷線(xiàn)檢測(cè)的內(nèi)部生成信號(hào)。 此外，可選擇輸入通道的各種配置生成右腿驅(qū)動(dòng)器 （RLD） 輸出信號(hào)。 ADS1294/6/8/4R/6R/8R運(yùn)行數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)32KSPS，因此可實(shí)現(xiàn)軟件PACE檢測(cè)。 可通過(guò)上拉／下拉電阻器或激磁電流源極／汲極為該器件內(nèi)部實(shí)施持續(xù)斷線(xiàn)檢測(cè)。 3個(gè)集成的放大器生成標(biāo)準(zhǔn)12引線(xiàn)ECG所需的威爾遜（Wilson）中心終端（WCT）和高德伯格（Goldberger）中心終端（GCT）。 ADS1294R/6R/8R版本包括一個(gè)完全集成的，呼吸阻抗測(cè)量功能。

多個(gè)ADS1294/6/8/4R/6R/8R器件可使用菊花鏈配置級(jí)聯(lián)在高通道數(shù)量系統(tǒng)中。

封裝選項(xiàng)包括微小型 8mm × 8mm ，64焊球 BGA與TQFP-64封裝。 ADS1294/6/8 BGA版本商用額定溫度范圍為0°C至+70°C。 ADS1294R/6R/8R BGA和ADS1294/6/8 TQFP版本工業(yè)用額定溫度范圍是–40°C至+85°C。

特性

8個(gè)低噪音PGA和8個(gè)高分辨率ADC（ADS1298， ADS1298R）

低功耗：每通道 0.75 mW

輸入?yún)⒖荚肼暎?μVPP（150Hz BW， G = 6）

輸入偏置電流：200pA

數(shù)據(jù)速率：250SPS至32kSPS

CMRR：–115dB

可編程增益：1，2，3，4，6，8或者12

支持AAMI EC11，EC13，IEC60601-1，IEC60601-2-27，和IEC60601-2-51標(biāo)準(zhǔn)

單極或雙極電源：

AVDD = 2.7V至5.25V，DVDD = 1.65V至3.6V

內(nèi)置右腿驅(qū)動(dòng)放大器，檢測(cè)，WCT，PACE檢測(cè)，測(cè)試信號(hào)

集成的呼吸阻抗測(cè)量（只適用于ADS1294R/6R/8R）

數(shù)字PACE檢測(cè)功能

內(nèi)置振蕩器與參考

靈活的斷電，待機(jī)模式

串行外設(shè)接口（SPI）- 兼容串口

運(yùn)行溫度范圍：

–40°C至+85°C

圖1：TI的8通道、24位集成式模擬前端器件ADS1298的平面圖。在這個(gè)8mmx8mm的裸片上集成了43個(gè)獨(dú)立IC的功能。

再深入一點(diǎn)，圖2顯示了ADS1298 的SEM橫截面。從圖中可以看出，ADS1298使用了魯棒性、高良率的0.35um 4層鋁Bi-CMOS工藝。Bi-CMOS工藝和低噪聲雙極放大器成就了ADS1298的低功耗和低噪聲性能。

圖2：TI ADS1298芯片的SEM橫截面圖，圖中顯示使用了成熟的、高良率且可靠的4層鋁0.35um工藝。

TI 的ADS1298 采用 8 個(gè)通道的 PGA 以及一個(gè)單獨(dú)的 24 位 Δ-Σ ADC；威爾遜中心終端、功能增強(qiáng)的戈德伯格終端及其放大器，實(shí)現(xiàn)了完全標(biāo)準(zhǔn)的 12 導(dǎo) ECG 集成模擬前端。與分立實(shí)施相比，ADS1298 縮減了組件數(shù)并降低了高達(dá) 95% 的功耗，每通道僅需 1mW 的功效，同時(shí)客戶(hù)還可獲得最高級(jí)別的診斷準(zhǔn)確度 。

ECG 系統(tǒng)功能與發(fā)展

ECG 機(jī)的基本功能包括 ECG 波形顯示（通過(guò) LCD 顯示屏或印刷紙媒質(zhì)顯示）、心跳律動(dòng)指示以及通過(guò)按鈕控制的簡(jiǎn)單用戶(hù)界面。越來(lái)越多的 ECG 產(chǎn)品要求具備更多的功能，例如通過(guò)便攜式媒體存儲(chǔ)電子病歷、無(wú)線(xiàn)/有線(xiàn)傳輸以及在具有觸摸功能的大型 LCD 顯示屏上顯示 2D/3D 圖像。多級(jí)診斷功能正在幫助沒(méi)有受過(guò)專(zhuān)門(mén) ECG 培訓(xùn)的醫(yī)護(hù)人員掌握 ECG 模式及某些心臟病的信號(hào)指示。在采集并數(shù)字化 ECG 信號(hào)之后，將發(fā)送這些信號(hào)以進(jìn)行顯示和分析，其中包括進(jìn)一步的信號(hào)處理。

信號(hào)采集挑戰(zhàn)：

大的直流偏移和多種干擾信號(hào)的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致 ECG 信號(hào)的測(cè)量面臨挑戰(zhàn)。典型電極的電壓最高可達(dá) 300mV。干擾信號(hào)包含來(lái)自電源的 50/60Hz 干擾、病人活動(dòng)導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)偽影、電外科設(shè)備、除顫脈沖、起搏器脈沖及其它監(jiān)控設(shè)備等引起的射頻干擾。

ECG 內(nèi)所需的準(zhǔn)確度會(huì)隨終端設(shè)備的變化而有所不同：

標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控設(shè)備需要 0.05-30Hz 之間的頻率

診斷設(shè)備需要 0.05-1000Hz 之間的頻率

可以借助能消除兩輸入端 AC 線(xiàn)常見(jiàn)噪聲的高輸入阻抗儀表放大器 （INA） 抵消一些 50Hz/60Hz 共模干擾。為了進(jìn)一步消除輸電線(xiàn)供電噪聲，信號(hào)憑借放大器通過(guò)右腿被反向并向病人驅(qū)回。只需少許微電流甚至更少即可實(shí)現(xiàn)顯著的 CMR 改進(jìn)并保持在 UL544 限制之內(nèi)。此外還會(huì)使用 50/60Hz 數(shù)字陷波濾波器進(jìn)一步降低干擾。

模擬前端選項(xiàng)：

優(yōu)化功耗和模擬前端的 PCB 面積對(duì)于便攜式 ECG 而言非常關(guān)鍵。技術(shù)改進(jìn)后，當(dāng)前提供了多種前端選項(xiàng)：

使用低分辨率 ADC（需要所有濾波器）

使用高分辨率 ADC（需要較少濾波器）

使用 Σ-Δ ADC（無(wú)需濾波器、除 INA 之外的放大器、直流偏移）

使用順序和同步采樣方法。

使用低分辨率（16 位）ADC 時(shí)，信號(hào)需要被顯著增益（增幅通常為 100–200 倍）以達(dá)到必要的分辨率。使用高分辨率（24 位）Σ-Δ ADC 時(shí)，信號(hào)需要 4–5 倍的適度增益。因此可以除去消除直流偏移所需的第二增益級(jí)和電路。這將實(shí)現(xiàn)面積與成本上的整體縮減。Σ-Δ 方法還將保留信號(hào)的整個(gè)頻率內(nèi)容，并為數(shù)據(jù)后期處理提供充分的靈活性。

借助順序方法，創(chuàng)建 ECG 引線(xiàn)的單個(gè)通道可被復(fù)用到一個(gè) ADC。這樣一來(lái)，相鄰?fù)ǖ篱g必然會(huì)存在偏移。借助同步采樣方法即可將專(zhuān)用 ADC 用于每個(gè)通道，因此通道之間不存在前面提及的偏移。

ADS1298應(yīng)用
下面我們?yōu)榇蠹医榻B了ADS1298的功能方框圖、每路輸入復(fù)接器方框圖、多個(gè)器件配置圖、ADS1298單電源連接框圖、ADS1298雙電源連接框圖，介紹了ADS1298的應(yīng)用

圖3.ADS1298功能方框圖

圖4.ADS1298每路輸入復(fù)接器方框圖

a）標(biāo)準(zhǔn)配置 b） DAISY_IN 配置

圖5.多個(gè)器件配置圖

圖6.ADS1298單電源連接框圖

圖7.ADS1298雙電源連接框圖

ADS1298 設(shè)計(jì)應(yīng)用中的常見(jiàn)問(wèn)題

1、 問(wèn)：我想使用不帶 MMB0 的 ADS1298ECGFE EVM，這是否可能？

答：是的，完全沒(méi)問(wèn)題！不過(guò)應(yīng)首先考慮到以下幾個(gè)方面：

- 電路板電源

ADS1298ECGFE 板的電源來(lái)自 10 引腳雙排插座 J4。通過(guò) MMB0 連接頭 J5，可將 +5V、+3.3V 以及 +1.8V 交付給 ADS1298 板。+5V 供電電壓通過(guò)穩(wěn)壓器，可為 ADS1298 芯片提供模擬電壓。模擬電壓軌既可以是 0V 和 +3.3，也可以是 +/-2.5V，具體情況取決于 JP2 和 JP24。可通過(guò) JP28 對(duì) ADS1298 的數(shù)字電壓軌進(jìn)行配置。您既能夠選擇采用 3.3V 供電電源（短 JP28 引腳 2-3），也可以選擇 1.8V 供電電壓（短 JP28 引腳 1-2）。實(shí)際施加的電壓不需要直接連接 J4，可施加測(cè)試點(diǎn) TP7（+5V）、TP9（+1.8V）以及 TP10（+3.3V）。接地通過(guò) TP1、TP8、TP11 提供，J4 引腳 5 和 6 以及 J3 引腳 4、10 和 18。

- SPI 接口

SPI 通信需要 SCLK、SOMI 和 SIMO 最少三線(xiàn)接口。ADS1298 屬于從系統(tǒng) （SLAVE） 器件，不能生成串行時(shí)鐘。SCLK 線(xiàn)路在 J3 引腳 4 上。SIMO 與 SOMI 分別位于 J3 引腳 11 和 13 上。SCLK 應(yīng)為低，有效數(shù)據(jù)在下降時(shí)鐘沿上。這通常被視為 SPI 模式 1。

2、問(wèn)：ADS1298ECGFE-PDK 板的光繪文件在哪里？

答：以下為采用 TQFP 封裝的 ADS1298ECGFE-PDK、ADS1298RECGFE-PDK 以及 ADS1198/1298ECGFE-PDK 的光繪 （Gerber） 文件。

- ADS1298ECGFE-PDK Rev A - BGA 版本

- ADS1198/1298ECGFE-PDK Rev C–TQFP 版本

- ADS1298RECGFE-PDK Rev B – 只有 BGA 版本

3、問(wèn)：DRDY 輸出該如何處理？我的處理器沒(méi)有 DRDY 輸入，因而我不確定該信號(hào)應(yīng)連接到什么地方。

答：ADS1298 的 DRDY 輸出旨在作為主機(jī)處理器的中斷發(fā)揮作用。大多數(shù)微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器都能在執(zhí)行外部外設(shè)（如 ADS1298 連接到 SPI 端口）計(jì)算時(shí)提供“中斷”功能。代碼開(kāi)發(fā)人員可在中斷服務(wù)例程 （ISR） 中放入一些內(nèi)容，在控制器進(jìn)行 ISR 相關(guān)任務(wù)時(shí)準(zhǔn)備就緒。對(duì)于 ADS1298 來(lái)說(shuō)，可讀取相當(dāng)于 8 個(gè)通道的數(shù)據(jù)和狀態(tài)字節(jié)，也就是存儲(chǔ)和處理 9*24 位信息。

4、問(wèn)：在 ADS1298RECGFE-PDK 上，MSP430G2121 的目的是什么？

答：ADS1298RECGFE-PDK 板上的 MSP430G2121 可對(duì)呼吸進(jìn)行仿真。其通過(guò)工廠編程（通過(guò)J7）產(chǎn)生 0.1 到 0.5Hz 的方波。頻率在 GUI 中可選為 0.1、0.2、0.3（默認(rèn)）、0.4 或 0.5Hz。該信號(hào)通過(guò) JP36 饋送至比較器（U12 引腳 2），而比較器輸出則驅(qū)動(dòng)模擬開(kāi)關(guān) （U11）。如果希望使用自己的信號(hào)生成器對(duì)呼吸進(jìn)行仿真，則可向 SMA 連接頭 （J6） 施加方波，并將 JP36 上的旁路轉(zhuǎn)移覆蓋引腳 2-3。

MSP430 的目的僅限于評(píng)估呼吸功能，而不必連接額外的 EVM 測(cè)試設(shè)備。處理器的任何元素都不必置入 J7。J7 的目的是協(xié)助 MSP430G2121 的雙線(xiàn) JTAG （Spy-Bi-Wire） 接口，這也是我們對(duì)器件編程并生成上述方波的方法。

5、問(wèn)：ADS1298 上的 EEPROM 有何作用？它包含哪些數(shù)據(jù)？

答：ADS1298ECGFE 板上 J3 以南 U16 上的 EEPROM 包含電路板的匯編級(jí)相關(guān)數(shù)據(jù)。其包含唯一的匯編部件號(hào)和電路板的匯編修訂號(hào)。最終用戶(hù)不用擔(dān)心 EEPROM 中的任何事項(xiàng)，ADS1298ECGFE-PDK 軟件不會(huì)詢(xún)問(wèn) EEPROM，而且其也不包含運(yùn)行 GUI 所需的“啟動(dòng)數(shù)據(jù)”。

6、問(wèn)：DRDY 輸出該如何處理？我的處理器沒(méi)有 DRDY 輸入，因而我不確定該信號(hào)應(yīng)連接到什么地方。

答：ADS1298 的 DRDY 輸出旨在作為主機(jī)處理器的中斷發(fā)揮作用。大多數(shù)微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器都能在執(zhí)行外部外設(shè)（如 ADS1298 連接到 SPI 端口）計(jì)算時(shí)提供“中斷”功能。代碼開(kāi)發(fā)人員可在 ISR 中置入一些內(nèi)容，在控制器進(jìn)行 ISR 相關(guān)任務(wù)時(shí)準(zhǔn)備就緒。對(duì)于 ADS1298 來(lái)說(shuō)，可讀取相當(dāng)于 8 個(gè)通道的數(shù)據(jù)和狀態(tài)字節(jié)，也就是存儲(chǔ)和處理 9*24 位信息。

7、問(wèn)：ADS1298 可用的最高 SCLK 速度是多少？

答：最高的 SCLK 速度取決于所施加的 DVdd 電壓。如 DVdd 在 2.7 和 3.6VDC 之間，則最快速 SCLK 為 20MHz（50ns 周期）；如 DVdd 低于 2.7V，則 SCLK 限于 66.6ns 周期，頻率約 15MHz。

8、問(wèn)：ADS1298/ADS1298R 有什么區(qū)別？

答：ADS1298 與 ADS1298R 的主要區(qū)別在于 ADS1298R 集成了與 CH1 相關(guān)的呼吸阻抗測(cè)量功能（參見(jiàn)本產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)第 9 頁(yè)頂部信息）。此外二者一致。如欲了解有關(guān)功能如何工作的細(xì)節(jié)，請(qǐng)參見(jiàn)應(yīng)用手冊(cè)：

使用阻抗充氣造影術(shù)進(jìn)行呼吸測(cè)量

ADS1298R 不提供采用 TQFP 封裝的版本，僅提供 BGA 版。

9、問(wèn)：我剛拿到 ADS1298ECGFE-PDK，但總遇到故障消息“下載失敗……復(fù)位硬件”。這是什么原因？

答：該消息出現(xiàn)是因?yàn)?PC 沒(méi)有發(fā)現(xiàn) MMB0，另外，隨后還會(huì)彈出對(duì)話(huà)框“固件加載因超時(shí)失敗。請(qǐng)復(fù)位硬件并繼續(xù)加載固件。”我們首先來(lái)解決潛在的硬件問(wèn)題：

如欲調(diào)試 MMB0 硬件，需要注意幾件事。首先是 J12 上的分流跳線(xiàn) （shunt jumper），其是一根雙引腳跳線(xiàn)，剛好在 MMBO上電源插孔以下的略偏左處。如果由于某種原因分流跳線(xiàn)在運(yùn)輸過(guò)程中斷開(kāi)了，則會(huì)遇到上述報(bào)錯(cuò)消息。第二種可能性是未將 MMB0 配置為 USB 啟動(dòng)模式。如果您的 MMBO 為 REV C 版本（REV C 在電路板的底部安裝了 4 個(gè)支架，而 REV D 則采用 4 個(gè)橡膠粘貼支腳），電源插孔右側(cè)有一個(gè)開(kāi)關(guān)。該開(kāi)關(guān)應(yīng)當(dāng)處于 USB 位置（靠近電路板的中心），才能正確加載固件。電路板的 REV D 版本沒(méi)有安裝這個(gè)開(kāi)關(guān)，通過(guò) S4 上的連線(xiàn)短接設(shè)置 USB 啟動(dòng)模式。最后一種可能性就是實(shí)際的重設(shè) （RESET） 開(kāi)關(guān)。RESET 開(kāi)關(guān) （S3） 在 MMBO 的右上角，在極少見(jiàn)的情況下，可能會(huì)出現(xiàn) REV C 板開(kāi)關(guān)不能短接的問(wèn)題。如果手指按壓感覺(jué)不到開(kāi)關(guān)，請(qǐng)?jiān)陔娐钒逵疑辖堑膬蓚€(gè)外部引腳之間使用萬(wàn)用表驗(yàn)證開(kāi)關(guān)是否為“開(kāi)”或電阻值為無(wú)窮大。

若正確配置 J12、S4 和 S3，那么接下來(lái)就應(yīng)檢查在您的 PC 上是否正在載入 MMBO 的驅(qū)動(dòng)器。安裝完軟件、插上 USB 線(xiàn)纜，首次上電啟動(dòng)電路板時(shí)，您應(yīng)該會(huì)看到“發(fā)現(xiàn)新硬件 （Found New Hardware）”提示信息。第一個(gè)要安裝的驅(qū)動(dòng)器是 NI-VISA USB 器件驅(qū)動(dòng)器 （NI-VISA USB Device Driver）。看到提示后選擇“否，這次不”和“自動(dòng)安裝軟件”。安裝完器件驅(qū)動(dòng)器后，器件管理器會(huì)顯示帶 TMS320VC5509A（NI-VISA）驅(qū)動(dòng)器的 NI-VISA USB 器件類(lèi)型。這時(shí)，一旦您首次啟動(dòng) ADS1298 軟件，就會(huì)獲得發(fā)現(xiàn)新器件的另一個(gè)提示消息。第二個(gè)要安裝的驅(qū)動(dòng)器為 USBStyx 驅(qū)動(dòng)器，仍然如上所述按照提示進(jìn)行操作（不要搜索，選擇自動(dòng)安裝），然后等待安裝完成。在此期間，固件可能會(huì)超時(shí)并提示“下載失敗……復(fù)位硬件”，不過(guò)這時(shí)我們可按下復(fù)位按鈕或重啟 ADS1298ECG-FE GUI，即可消除此信息。