اطلاعات عمومی
- نام تراشه: ADS1299-6
- سازنده: Texas Instruments
- مهمترین ویژگی کلیدی: ADS1299-6 – EEG AFE، شش کاناله، وضوح ۲۴ بیتی، نویز ورودی مرجع ۰.۹ میکروولت پیک به پیک (معمولی)
- دسته عملکردی: EEG AFE
- توضیحات فنی کوتاه: ADS1299-6 یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) دلتا-سیگما با ۶ کانال و ۲۴ بیت است که به طور خاص برای اندازهگیریهای بیوپتانسیل طراحی شده است. این قطعه یک تقویتکننده بهره قابل برنامهریزی (PGA) را برای هر کانال ادغام میکند و برای دریافت سیگنال با وفاداری بالا به نویز ورودی مرجع پایین ۰.۹ µVPP (معمولی) دست مییابد. این دستگاه به عنوان یک بخش جلویی آنالوگ (AFE) کامل عمل کرده و سیگنالهای بیوپتانسیل کوچک را برای پردازشهای بعدی در کاربردهای پزشکی و تحقیقاتی دیجیتالی میکند.
فلسفه طراحی
ADS1299-6 برای پر کردن شکاف فنی در سیستمهای جمعآوری بیوپتانسیل با کارایی بالا که نیازمند کانالهای متعدد با یکپارچگی سیگنال عالی هستند، طراحی شده است. این قطعه یک ADC ۲۴ بیتی با نویز کم را به همراه یک تقویتکننده بهره قابل برنامهریزی (PGA) منعطف و مالتیپلکسینگ ورودی جامع ادغام میکند و پیچیدگی سیستم و تعداد قطعات خارجی را کاهش میدهد. طراحی بر ارائه یک راهحل قوی و با وضوح بالا برای ثبت سیگنالهای بیوپتانسیل بسیار کوچک تمرکز دارد که برای کاربردهایی مانند الکتروانسفالوگرافی (EEG) که در آن فعالیتهای عصبی ظریف باید با دقت اندازهگیری شوند، حیاتی است.
شرح کلی
ADS1299-6 یک دستگاه بسیار یکپارچه است که به عنوان یک بخش جلویی آنالوگ (AFE) برای اندازهگیریهای بیوپتانسیل طبقهبندی میشود. این قطعه شامل یک مبدل آنالوگ به دیجیتال دلتا-سیگما ۲۴ بیتی پیچیده با شش کانال ورودی است.
این قطعه عملکرد اصلی آمادهسازی و دیجیتالی کردن سیگنالهای بیوپتانسیل آنالوگ را از حسگرها، مانند آنهایی که در سیستمهای EEG استفاده میشوند، انجام میدهد. هر کانال دارای یک تقویتکننده بهره قابل برنامهریزی (PGA) با نویز کم و یک مالتیپلکسر ورودی برای تسهیل تنظیمات مختلف اندازهگیری است.
در یک سیستم الکترونیکی، ADS1299-6 به عنوان رابط اصلی بین الکترودهای بیوپتانسیل و واحد پردازش دیجیتال عمل میکند. این قطعه سیگنالهای فیزیولوژیکی آنالوگ خام و با دامنه کم را به یک جریان داده دیجیتال با وضوح بالا تبدیل میکند و آنها را برای تجزیه و تحلیل و تفسیر توسط یک میکروکنترلر یا DSP آماده میسازد.
کاربردها
- الکتروانسفالوگرافی (EEG)
- الکترومیوگرافی (EMG)
- پتانسیلهای برانگیخته
- مطالعات خواب
- ابزار دقیق پزشکی با کارایی بالا
ویژگیهای کلیدی
- شش تقویتکننده بهره قابل برنامهریزی (PGA) با نویز کم و ADCهای ۲۴ بیتی
- نویز ورودی مرجع: ۰.۹ µVPP (معمولی، G = 24، پهنای باند ۷۰ هرتز)
- نرخ داده: تا ۱۶ کیلو نمونه در ثانیه (kSPS) در هر کانال
- تشخیص جداگانه قطع لید
- تقویتکننده RLD (Right-Leg Drive) یکپارچه
- مالتیپلکسینگ ورودی منعطف برای هر کانال
- اسیلاتور داخلی و مرجع ولتاژ
- قابلیت اتصال زنجیرهای برای چندین دستگاه
- تشخیص دیجیتالی ضربانساز
- رابط سریال سازگار با SPI
مزایا
- دقت اندازهگیری بالا به دلیل وضوح ۲۴ بیتی
- کاهش تعداد قطعات خارجی از طریق یکپارچگی بالا
- یکپارچگی سیگنال عالی برای سیگنالهای بیوپتانسیل کوچک
- گزینههای پیکربندی منعطف برای انواع مختلف اندازهگیری
- طراحی سیستم سادهتر با مرجع و اسیلاتور یکپارچه
محدودیتها
- نیاز به یک میکروکنترلر خارجی برای پیکربندی و جمعآوری دادهها.
- چیدمان دقیق PCB برای به حداقل رساندن تزویج نویز محیطی حیاتی است.
- تنظیمات پیچیده رجیسترهای پیکربندی ممکن است نیاز به درک دقیق دیتاشیت داشته باشد.
- محدود به ۶ کانال ورودی برای اندازهگیری بیوپتانسیل.
مشخصات فنی کلیدی
| Parameter | Value | Unit | Conditions |
|---|---|---|---|
| Supply Voltage (Analog) | 2.7 to 5.25 | V | AVDD |
| Supply Voltage (Digital) | 1.8 to 3.6 | V | DVDD |
| Current Consumption | 2.5 | mA/channel | (Typical, 4 kSPS, G=6, includes RLD) |
| Resolution | 24 | Bits | Delta-Sigma ADC |
| Max Sampling Rate | 16 | kSPS | Per channel |
| Input-Referred Noise | 0.9 | µVPP | (Typical, G=24, 70 Hz BW) |
| Operating Temperature | –40 to +85 | °C | |
| Package Type | TQFP-64 (10 mm × 10 mm) | N/A | |
| Gain Range (PGA) | 1, 2, 4, 6, 8, 12, 24 | V/V | Programmable |
| Input Impedance | 100 | MΩ | (Minimum) |
معماری داخلی
معماری داخلی ADS1299-6 حول شش کانال مستقل و با وضوح بالای مبدل آنالوگ به دیجیتال متمرکز است. هر کانال با یک تقویتکننده بهره قابل برنامهریزی (PGA) با نویز کم شروع میشود که سیگنال ورودی بیوپتانسیل کوچک را تقویت میکند. پس از PGA، یک مالتیپلکسر ورودی امکان انتخاب ورودی منعطف را فراهم میکند، از جمله اتصال به سیگنالهای آزمایشی داخلی یا الکترودهای خارجی. سیگنال آنالوگ تقویتشده و انتخابشده سپس به یک ADC دلتا-سیگما ۲۴ بیتی وارد میشود که آن را به یک نمایش دیجیتال تبدیل میکند. این دستگاه همچنین مدارهای بایاس برای RLD (right-leg drive)، تشخیص قطع لید و عملکرد تشخیص ضربانساز دیجیتال را یکپارچه میکند. یک اسیلاتور داخلی ساعت اصلی را فراهم میکند و یک ولتاژ مرجع داخلی اندازهگیریهای پایدار را تضمین میکند. تمام کنترل دیجیتال و خروجی داده از طریق یک رابط سریال سازگار با SPI مدیریت میشود و به یک میکروکنترلر میزبان اجازه میدهد تا دستگاه را پیکربندی کرده و دادههای دیجیتالی شده را بازیابی کند.
سوالات فنی متداول
۱. چگونه میتوان ADS1299-6 را برای اندازهگیریهای بیوپتانسیل مختلف پیکربندی کرد؟
ADS1299-6 انعطافپذیری پیکربندی گستردهای را از طریق رابط سریال محیطی (SPI) خود ارائه میدهد. هر کانال دارای یک مالتیپلکسر ورودی است که میتواند ورودیهای تفاضلی، سیگنالهای آزمایشی داخلی یا ورودیهای اتصال کوتاه شده را برای کالیبراسیون آفست انتخاب کند. بهره تقویتکننده بهره قابل برنامهریزی (PGA) را میتوان از ۱ تا ۲۴ تنظیم کرد که امکان تنظیم برای دامنههای سیگنال ورودی متغیر را فراهم میکند. تنظیمات رجیسترها کنترل تشخیص قطع لید، تشخیص ضربانساز، عملکرد RLD، نرخ داده و گزینههای مرجع/اسیلاتور داخلی را بر عهده دارند.
۲. چه تکنیکهایی را میتوان برای به حداقل رساندن نویز در طراحیهای مبتنی بر ADS1299-6 استفاده کرد؟
به حداقل رساندن نویز شامل چیدمان دقیق PCB، اتصال زمین مناسب و فیلتر کردن است. تکنیکهای کلیدی شامل استفاده از یک صفحه زمین جامد، جداسازی منابع تغذیه نزدیک به پینهای دستگاه، و استفاده از مسیرهای تفاضلی برای سیگنالهای ورودی آنالوگ است. فیلترهای پسیو خارجی (فیلترهای پایینگذر RC) در ورودیها میتوانند تداخل فرکانس بالا را تضعیف کنند. علاوه بر این، سیستم RLD (right-leg drive) یکپارچه میتواند تداخل حالت مشترک را با فعالانه راندن بدن بیمار به یک پتانسیل مشترک کاهش دهد و نسبت حذف حالت مشترک (CMRR) کلی را بهبود بخشد.
۳. آیا ADS1299-6 به یک منبع کلاک خارجی نیاز دارد؟
خیر، ADS1299-6 یک اسیلاتور دقیق داخلی را ادغام میکند که میتواند به عنوان منبع کلاک اصلی برای دستگاه استفاده شود. این امر با حذف نیاز به کریستال خارجی یا ژنراتور کلاک، طراحی سیستم را ساده میکند. با این حال، برای کاربردهایی که نیاز به همگامسازی دقیق با سایر اجزای سیستم دارند، میتوان یک منبع کلاک خارجی نیز به دستگاه ارائه داد.
قطعات مشابه / جایگزین
- ADS1299: Texas Instruments، ADC بیوپتانسیل ۸ کاناله با ویژگیهای مشابه.
- ADS1298: Texas Instruments، AFE بیوپتانسیل ۸ کاناله، ۲۴ بیتی با تشخیص قطع لید و ضربانساز یکپارچه.
- ADS1294: Texas Instruments، AFE بیوپتانسیل ۴ کاناله، ۲۴ بیتی برای کاربردهای با تعداد کانال کمتر.
- ADS1292R: Texas Instruments، AFE بیوپتانسیل ۲ کاناله، ۲۴ بیتی با قابلیت اندازهگیری امپدانس تنفسی.
جدول منابع
| Resource Type | Official Manufacturer Link |
|---|---|
| Datasheet | https://www.ti.com/lit/ds/sfbs180g/sfbs180g.pdf |
| Product Page | https://www.ti.com/product/ADS1299 |
| Application Notes | https://www.ti.com/lit/an/sbaa193/sbaa193.pdf (Using the ADS1298 with MSP430™ Microcontrollers) |
این بخش به منظور معرفی آیسیهای مهم و پرکاربرد، با هدف آشنایی بیشتر طراحان و علاقهمندان به الکترونیک تهیه شده است. لطفاً توجه داشته باشید که لزوماً تمامی قطعات معرفیشده در اینجا جزئی از سبد محصولات ما نیستند؛ با این حال، در صورت نیاز، میتوانید با ارسال درخواست تامین قطعه به orders@gebrabit.com با ما تماس بگیرید.