本文介紹了交流耦合示例（AD8233），AD4130-8是討論直流耦合輸入信號(hào)鏈的絕佳機(jī)會(huì)。如果您還記得在第二篇博客中，我們提到處理大傳感器偏移的直流耦合信號(hào)鏈需要更高分辨率的ADC，這些ADC通常會(huì)消耗更多的功率并占用額外的電路板面積。

使用圖4130所示的AD8-1，ADI獨(dú)特的架構(gòu)具有無與倫比的信號(hào)鏈集成深度，該架構(gòu)提供24位Σ-Δ型ADC，集成可編程增益放大器（PGA）和FIFO，在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下具有令人印象深刻的32uA靜態(tài)電流。AD1-71具有3.6-2.7V電源電壓范圍和3.56mm x 4130.8mm WLCSP小尺寸，非常適合支持基于溫度和電橋（壓力、負(fù)載、應(yīng)變）傳感器的電池供電應(yīng)用，如現(xiàn)場(chǎng)儀表、智能發(fā)送器和無線傳感器節(jié)點(diǎn)。此外，集成的交叉點(diǎn)多路復(fù)用器通過在 16 個(gè)模擬輸入中的任何一對(duì)之間啟用測(cè)量通道，帶來了更大的靈活性。

圖1 AD4130-8的原理框圖

系統(tǒng)級(jí)低功耗

在第一篇博客中描述精密低功耗信號(hào)鏈時(shí)，我們提到需要一種系統(tǒng)級(jí)方法來真正優(yōu)化電池壽命。AD4130-8通過集成考慮從傳感器到微控制器的完整解決方案功耗的功能來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。讓我們首先考慮一個(gè)典型的1kΩ橋式傳感器，偏置在3V基準(zhǔn)電壓。僅此一項(xiàng)就燃燒了3mA，已經(jīng)比測(cè)量它的AD100-4130多~8倍！為了消除此電源“熱點(diǎn)”，AD4130-8內(nèi)置一個(gè)低側(cè)電源開關(guān)（見圖2），可用于在兩次轉(zhuǎn)換之間關(guān)斷橋式傳感器。該低側(cè)開關(guān)由智能通道序列器控制，以定制時(shí)序并優(yōu)化節(jié)能。對(duì)于功耗敏感型應(yīng)用，另一個(gè)需要考慮的選擇是用激勵(lì)電流而不是基準(zhǔn)電壓源偏置橋式傳感器。AD4130-8內(nèi)置寄存器可編程精密激勵(lì)電流源，電流范圍為100nA至200uA，可通過任何多路復(fù)用器輸入通道在片外驅(qū)動(dòng)。

圖2 – 簡(jiǎn)化的AD4130-8橋式配置，采用低邊電源開關(guān)（PSW）

片內(nèi)FIFO（先進(jìn)先出）緩沖器可存儲(chǔ)來自AD256-4130的多達(dá)8個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果，允許微控制器處于休眠模式更長時(shí)間，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)級(jí)功耗負(fù)擔(dān)。當(dāng)數(shù)據(jù)超過指定閾值時(shí)，使用方便的中斷信號(hào)喚醒微控制器，指示FIFO已達(dá)到預(yù)定義的樣本數(shù)（水印模式），或者FIFO已滿并允許“突發(fā)模式”數(shù)據(jù)傳輸。這與AD4130-8上的智能時(shí)序控制器相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)自主測(cè)量。

用于生物電勢(shì)測(cè)量的直流耦合解決方案

雖然可能并不明顯，但AD4130-8是直流耦合解決方案的一個(gè)很好的例子，用于在足夠低的帶寬水平（如心率甚至動(dòng)態(tài)ECG）下進(jìn)行單導(dǎo)聯(lián)生物電位測(cè)量。圖 3 顯示了一個(gè)基本配置，其中兩個(gè)模擬輸入連接到 LA（左臂）和 RA（右臂）電極，第三個(gè)模擬輸入用于將主體驅(qū)動(dòng)至 AVDD/2 直流 Vbias。雖然這不是真正的右腿驅(qū)動(dòng)（RLD），但它可能足以滿足電池供電的解決方案。此外，燒毀電流可用作直流導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)的抽查。請(qǐng)注意，由于可用的燒毀電流水平，這些更適合于低阻抗/接液電極。對(duì)于AD4130-8輸入偏置電流過高的干電極應(yīng)用，可以在AD4505-2之前的電極上放置ADA40024-4130或MAX8等緩沖器。

圖 3 – AD4130-8 的單導(dǎo)聯(lián) ECG 配置

由于這是一個(gè)直流耦合輸入信號(hào)鏈，因此在設(shè)置PGA增益時(shí)必須考慮電源電壓和預(yù)期的電極偏移，以防止飽和。圖4所示的表格（AD15-4130數(shù)據(jù)手冊(cè)表8）是跟蹤給定增益設(shè)置和輸出數(shù)據(jù)速率（ODR）下噪聲的有用方法。ODR 還為應(yīng)用設(shè)置 3dB 帶寬，如第三列所示。AD4130-8配置還根據(jù)IEC60601-2-47動(dòng)態(tài)ECG規(guī)范進(jìn)行了測(cè)試，如果定時(shí)精度測(cè)試使用足夠精確的外部時(shí)鐘，則能夠滿足所有要求。

圖 4 – 采用 4130.8V 基準(zhǔn)電壓源和 Sinc 的 AD2-5 的噪聲與增益和輸出數(shù)據(jù)速率的關(guān)系3濾波器

審核編輯：郭婷