اطلاعات عمومی
- نام چیپ: ADS1198
- سازنده: Texas Instruments
- مهمترین ویژگی کلیدی: ADS1198 – ECG AFE، هشت کانال، بهره قابل برنامهریزی، نویز ورودی 7 µVPP
- دستهبندی عملکردی: Analog Front-End (AFE) برای ECG
- توضیحات فنی کوتاه: ADS1198 یک Analog Front-End (AFE) یکپارچه 16 بیتی و 8 کاناله است که برای اندازهگیریهای بیوپتانسیل طراحی شده است. این محصول تمام ویژگیهای مورد نیاز برای کسب بیوپتانسیل با وضوح بالا، از جمله مرجع داخلی و اسیلاتور داخلی را یکپارچه میکند. این دستگاه با نویز ورودی 7 µVPP و بهره قابل برنامهریزی، دادههای خروجی دیجیتال را از طریق رابط SPI-compatible ارائه میدهد.
فلسفه طراحی
خانواده ADS119x برای رفع نیاز به Analog Front-Endهای بسیار یکپارچه، کممصرف و با کارایی بالا در کاربردهای الکتروکاردیوگرام (ECG) و الکتروانسفالوگرام (EEG) پزشکی طراحی شده است. هدف آن کاهش اندازه کلی، مصرف برق و هزینه سیستمهای ابزار دقیق پزشکی با تجمیع ویژگیهای ضروری مانند یک تقویتکننده بهره قابل برنامهریزی (PGA)، مرجع داخلی و اسیلاتور داخلی در یک دستگاه واحد و فشرده است.
توضیحات کلی
ADS1198 یک مدار مجتمع (IC) تخصصی است که به عنوان یک Analog Front-End (AFE) عمل میکند و به طور خاص برای کاربردهای اندازهگیری بیوپتانسیل طراحی شده است. این IC شامل چندین مبدل آنالوگ به دیجیتال دلتا-سیگما (ADC) همراه با بلوکهای آنالوگ و دیجیتال پشتیبان مختلف است.
نقش اصلی ADS1198 در یک سیستم الکترونیکی، کسب، پردازش اولیه (Conditioning) و دیجیتالی کردن سیگنالهای بیوپتانسیل با سطح پایین از الکترودهای قرار گرفته بر روی بدن است. این IC سیگنالهای آنالوگ خام را دریافت کرده، آنها را تقویت میکند، نویزهای ناخواسته را فیلتر میکند و به فرمت دیجیتال تبدیل میکند.
این قطعه در مرحله اولیه زنجیره سیگنال در دستگاههای پزشکی و پایش سلامت، نقش حیاتی ایفا میکند و سیگنالهای بیولوژیکی ظریف را به یک جریان دیجیتال قوی و آماده برای پردازش توسط میکروکنترلر یا پردازنده سیگنال دیجیتال تبدیل مینماید.
کاربردها
- ابزار دقیق پزشکی
- پایش بیمار (ECG، EEG)
- ضبطکنندههای هولتر
- دفیبریلاتورها
- کاربردهای ورزشی و تناسب اندام
- سیستمهای ECG پرتابل
- پایش از راه دور بیمار
ویژگیهای کلیدی
- هشت تقویتکننده بهره قابل برنامهریزی (PGA) با نویز کم
- هشت مبدل آنالوگ به دیجیتال دلتا-سیگما (ΔΣ) 16 بیتی با وضوح بالا
- نویز ورودی کم: 7 µVPP (PGA = 6, 150 Hz BW)
- نرخ داده تا 2 kSPS
- نسبت حذف حالت مشترک (CMRR) >100 dB
- تقویتکننده Right-Leg Drive (RLD) یکپارچه
- تشخیص جدا شدن لید (Lead-off detection) یکپارچه
- سیگنالهای تست داخلی
- حالتهای انعطافپذیر خاموش، آماده به کار و خاموشسازی مستقیم
- مرجع داخلی و اسیلاتور داخلی
- رابط سریال سازگار با SPI
- تشخیص ریتم دیجیتال (Digital pace detection)
- قابلیت اندازهگیری تنفس
مزایا
- یکپارچگی بالا، تعداد قطعات خارجی و فضای برد را کاهش میدهد.
- مصرف برق کم برای کاربردهای قابل حمل و باتریخور ایدهآل است.
- حذف عالی حالت مشترک، کیفیت سیگنال را در محیطهای پرنویز افزایش میدهد.
- پیکربندی انعطافپذیر کانال و بهره قابل برنامهریزی، امکان سازگاری با سیگنالهای بیوپتانسیل مختلف را فراهم میکند.
- ویژگیهای یکپارچه طراحی را ساده کرده و زمان عرضه محصول به بازار را برای دستگاههای پزشکی تسریع میبخشد.
محدودیتها
- برای کنترل، پردازش داده و مدیریت سیستم به یک میکروکنترلر (MCU) خارجی نیاز دارد.
- عملکرد بهینه ممکن است نیازمند چیدمان دقیق برد و اتصال زمین برای به حداقل رساندن جذب نویز محیطی باشد.
- برای دستیابی به عملکرد مشخص شده، به پیکربندی و کالیبراسیون نیاز دارد، به ویژه برای تشخیص جدا شدن لید و تنفس.
- اساساً برای اندازهگیریهای بیوپتانسیل طراحی شده است که استفاده از آن را در سایر کاربردهای سنسور محدود میکند.
Key Technical Specifications
| Parameter | Specification |
|---|---|
| Analog Supply Voltage (AVDD) | 2.7 V to 5.25 V |
| Digital Supply Voltage (DVDD) | 1.8 V to 3.6 V |
| RLD Supply Voltage (RLDVDD) | 2.7 V to 5.25 V |
| Current Consumption (ADS1198) | 0.75 mW/channel (Typical, 8 channels active) |
| Resolution | 16-bit |
| Maximum Sampling Rate | 2 kSPS (SPS = samples per second) |
| Input-Referred Noise | 7 µVPP (PGA = 6, 150 Hz BW) |
| Operating Temperature Range | 0°C to 70°C |
| Storage Temperature Range | –65°C to 150°C |
| Package Type | 80-pin TQFP (Thin Quad Flat Pack) |
معماری داخلی
معماری داخلی ADS1198 برای کسب بیوپتانسیل چندکاناله طراحی شده است. هر یک از هشت کانال ورودی آنالوگ آن دارای یک مسیر سیگنال اختصاصی است که با یک مالتیپلکسر ورودی انعطافپذیر شروع میشود و به یک تقویتکننده بهره قابل برنامهریزی (PGA) با نویز کم وارد میشود. پس از PGA، یک فیلتر بالاگذر اختیاری میتواند برای حذف آفستهای DC فعال شود. سپس سیگنال آنالوگ پردازششده توسط یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) دلتا-سیگما 16 بیتی مستقل دیجیتالی میشود.
بلوکهای مشترک یکپارچه در دستگاه شامل یک تقویتکننده Right-Leg Drive (RLD) برای حذف حالت مشترک و ایمنی بیمار، مدارات قوی تشخیص جدا شدن لید و تولید سیگنال تست داخلی برای عیبیابی سیستم است. یک مرجع ولتاژ دقیق داخلی و یک اسیلاتور داخلی نیاز به قطعات خارجی را کاهش میدهند. منطق کنترل دیجیتال این عملکردها را مدیریت میکند و دادههای دیجیتالی شده را از طریق یک رابط سریال سازگار با SPI منتقل میکند و امکان تعامل بدون وقفه با یک میکروکنترلر میزبان خارجی را فراهم میآورد.
سوالات متداول فنی
س1: پیکربندیهای منبع تغذیه پشتیبانی شده برای ADS1198 چیست؟
ج1: ADS1198 از هر دو پیکربندی تکمنبع و دوگانه منبع تغذیه پشتیبانی میکند. منبع تغذیه آنالوگ (AVDD) و RLD (RLDVDD) میتوانند از 2.7 ولت تا 5.25 ولت متغیر باشند، در حالی که منبع تغذیه دیجیتال (DVDD) میتواند از 1.8 ولت تا 3.6 ولت باشد. هر سه منبع تغذیه میتوانند به صورت Daisy-chain یا مستقل پیکربندی شوند و انعطافپذیری را برای معماریهای مختلف توان سیستم ارائه میدهند.
س2: ADS1198 چگونه تشخیص جدا شدن لید را پیادهسازی میکند و قابلیتهای آن چیست؟
ج2: ADS1198 شامل قابلیت تشخیص جدا شدن لید یکپارچه است که میتواند برای تشخیص AC یا DC پیکربندی شود. این قابلیت از منابع جریان داخلی (2 nA، 4 nA، 6 nA، 8 nA، 10 nA، 12 nA، 14 nA یا 16 nA) استفاده میکند که میتوانند برای هر کانال فعال یا غیرفعال شوند. آستانههای تشخیص جدا شدن لید قابل برنامهریزی هستند، که به کاربر اجازه میدهد شرایط خاصی را برای تعیین جدا شدن الکترود تنظیم کند.
س3: عملکرد اصلی تقویتکننده Right-Leg Drive (RLD) در ADS1198 چیست؟
ج3: تقویتکننده RLD در ADS1198 دو هدف اصلی را دنبال میکند. اولاً، ولتاژ بایاس حالت مشترک را به بیمار ارائه میدهد که به حفظ ولتاژ ورودی حالت مشترک تقویتکننده ابزار دقیق در محدوده عملیاتی آن کمک میکند. ثانیاً، پای راست بیمار (یا یک الکترود مشترک دیگر) را به طور فعال به یک امپدانس پایین میکشد، نویز حالت مشترک را خنثی میکند و نسبت حذف حالت مشترک (CMRR) کلی سیستم را به طور قابل توجهی بهبود میبخشد.
س4: آیا میتوان چندین دستگاه ADS1198 را برای سیستمهایی با تعداد کانال بیشتر همگامسازی کرد؟
ج4: بله، چندین دستگاه ADS1198 را میتوان به راحتی برای سیستمهایی که به بیش از هشت کانال نیاز دارند، همگامسازی کرد. این کار معمولاً با استفاده از یک منبع کلاک مشترک (داخلی یا خارجی) و اتصال آبشاری دستگاهها در پیکربندی Daisy-chain از طریق رابط SPI انجام میشود. پین START در هر دستگاه نیز میتواند برای تراز دقیق چرخههای تبدیل در بین چندین ADC استفاده شود.
قطعات مشابه / جایگزین
- ADS1298: Texas Instruments، نسخه 8 کاناله، 24 بیتی از AFE بیوپتانسیل.
- ADS1196: Texas Instruments، AFE بیوپتانسیل 6 کاناله، 16 بیتی.
- ADS1194: Texas Instruments، AFE بیوپتانسیل 4 کاناله، 16 بیتی.
- ADS1299: Texas Instruments، AFE 8 کاناله، 24 بیتی بهینه شده برای کاربردهای EEG.
جدول منابع
| نوع منبع | لینک رسمی سازنده |
|---|---|
| دیتاشیت | ADS1194/6/8: 16-Bit, 2-kSPS, 8-Channel Low-Power Analog Front-End for Biopotential Measurement |
| بروشور محصول | N/A |
| نکات کاربردی | SLAU511: ADS1298, ADS1198 Evaluation Module (EVM) |
این بخش به منظور معرفی ICهای مهم و پرکاربرد و با هدف آشنایی بیشتر طراحان و علاقهمندان به الکترونیک تهیه شده است. لطفاً توجه داشته باشید که تمامی قطعات ارائه شده در اینجا لزوماً بخشی از سبد محصولات ما نیستند؛ با این حال، در صورت نیاز، میتوانید با ما از طریق orders@gebrabit.com تماس گرفته و درخواست تأمین قطعه خود را ارسال نمایید.