آی‌سی | AFE نوار قلب | ADS1296R | شش کانال | تفکیک‌پذیری بیست و چهار بیتی | نویز ورودی چهار میکرو ولت پیک به پیک

اطلاعات عمومی

• نام تراشه: ADS1296R
• سازنده: Texas Instruments
• مهمترین ویژگی کلیدی: ADS1296R – AFE نوار قلب (ECG)، ۶ کانال، تفکیک‌پذیری ۲۴ بیتی ADC، نویز ورودی بسیار پایین ۴ میکرو ولت پیک به پیک (4 µVPP)
• دسته‌بندی عملکردی: AFE نوار قلب (ECG AFE)
• شرح فنی کوتاه: ADS1296R یک مبدل آنالوگ فرانت-اند (AFE) یکپارچه است که برای اندازه‌گیری‌های بیوپتانسیل، به ویژه کاربردهای الکتروکاردیوگرام (ECG) طراحی شده است. این تراشه با یکپارچه‌سازی ۶ تقویت‌کننده گین قابل برنامه‌ریزی کم‌نویز و یک مبدل آنالوگ به دیجیتال ۲۴ بیتی با تفکیک‌پذیری بالا، وظیفه اصلی دریافت و شرطی‌سازی سیگنال الکتریکی را انجام می‌دهد. مهمترین ویژگی‌های کلیدی آن شامل قابلیت ۶ کانال، تفکیک‌پذیری ۲۴ بیتی ADC و نویز ورودی پایین ۴ میکرو ولت پیک به پیک (4 µVPP) است. این دستگاه سیگنال‌های بیوپتانسیل آنالوگ را دیجیتالی کرده و داده‌های دیجیتال را از طریق رابط SPI ارائه می‌دهد.

فلسفه طراحی

ADS1296R برای رفع شکاف فنی در سیستم‌های اندازه‌گیری بیوپتانسیل با کارایی بالا و مصرف کم توان، به ویژه برای کاربردهای الکتروکاردیوگرام (ECG) پزشکی طراحی شده است. این تراشه ویژگی‌های ضروری را برای ایجاد سیستم‌های ابزار دقیق پزشکی مقیاس‌پذیر، در حالی که پیچیدگی طراحی، اندازه فیزیکی، مصرف توان و هزینه کلی سیستم را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد، یکپارچه می‌کند. این یکپارچه‌سازی امکان جمع‌آوری سیگنال قوی و دقیق را در دستگاه‌های پزشکی قابل حمل یا با منابع محدود فراهم می‌کند.

توضیحات کلی

ADS1296R یک مدار مجتمع است که در دسته‌بندی مبدل آنالوگ فرانت-اند بیوپتانسیل (biopotential AFE) قرار می‌گیرد و عمدتاً برای پردازش سیگنال‌های فیزیولوژیکی در کاربردهای ECG طراحی شده است. این قطعه سیگنال‌های بیولوژیکی ضعیف آنالوگ را به طور موثر پردازش کرده و آنها را به فرمت دیجیتال با وضوح بالا تبدیل می‌کند که برای تجزیه و تحلیل و تفسیر بیشتر مناسب است. این تراشه مراحل ضروری مختلفی را برای دریافت دقیق سیگنال به طور مستقیم درون یک تراشه واحد ادغام می‌کند و فرآیند طراحی را ساده می‌سازد.

این دستگاه با دریافت ورودی‌های آنالوگ از الکترودها، تقویت دقیق این سیگنال‌های حساس و سپس تبدیل آنها به داده‌های دیجیتال با استفاده از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال ۲۴ بیتی یکپارچه عمل می‌کند. این رویکرد جامع روی تراشه، وابستگی به قطعات دیسکریت خارجی را به طور قابل توجهی به حداقل می‌رساند و در نتیجه معماری سیستم را ساده کرده و فضای برد را کاهش می‌دهد.

نقش کلی آن در یک سیستم الکترونیکی این است که به عنوان رابط حیاتی بین حسگرهای فیزیولوژیکی، مانند الکترودهای ECG، و یک واحد پردازش دیجیتال، معمولاً یک میکروکنترلر، عمل کند. این دستگاه سیگنال‌های بیوالکتریکی را به طور موثر دریافت و دیجیتالی می‌کند و داده‌های اساسی را برای طیف گسترده‌ای از تجهیزات نظارت و تشخیص پزشکی فراهم می‌آورد.

کاربردها

• الکتروکاردیوگرافی (ECG)
• پایش پرتابل بیماران
• هولتر مانیتور
• دفیبریلاتور
• تجهیزات ورزشی و فیتنس
• تحقیق و توسعه

ویژگی‌های کلیدی

• شش تقویت‌کننده گین قابل برنامه‌ریزی (PGA) کم‌نویز
• مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) دلتا-سیگما با تفکیک‌پذیری ۲۴ بیتی
• نرخ داده قابل برنامه‌ریزی تا 32 kSPS
• نویز ورودی نوعی ۴ میکرو ولت پیک به پیک (4 µVPP) (در پهنای باند ۱۵۰ هرتز)
• تقویت‌کننده Right Leg Drive (RLD) یکپارچه
• قابلیت جامع تشخیص قطع لید
• ولتاژ مرجع داخلی
• نوسان‌ساز داخلی
• حالت‌های انعطاف‌پذیر کاهش توان و آماده به کار برای مدیریت توان
• رابط سریال جانبی (SPI) برای ارتباط دیجیتال
• سیگنال‌های تست داخلی برای تأیید سیستم
• تشخیص دیجیتال پیس (Pace Detection)

مزایا

• سطح بالای یکپارچگی، کاهش قابل توجه تعداد قطعات خارجی و فضای مورد نیاز برد.
• مصرف توان پایین، که آن را برای کاربردهای باتری‌خور و قابل حمل مناسب می‌سازد.
• نسبت حذف حالت مشترک (CMRR) بالا (۱۱۵ دسی‌بل نوعی) برای عملکرد قوی در محیط‌های پر نویز الکتریکی.
• تفکیک‌پذیری بالا و عملکرد کم‌نویز برای جمع‌آوری دقیق و صحیح سیگنال‌های بیوپتانسیل.
• طراحی سیستم ساده‌تر و زمان عرضه به بازار سریع‌تر به دلیل ویژگی‌های جامع روی تراشه.

محدودیت‌ها

• نیاز به یک میکروکنترلر خارجی یا پردازنده سیگنال دیجیتال برای پیکربندی، جمع‌آوری داده و پردازش سیگنال.
• تعداد زیاد کانال‌ها و گزینه‌های پیکربندی ممکن است نیازمند توسعه نرم‌افزار دقیق و کالیبراسیون باشد.
• عملکرد بهینه به عوامل خارجی مانند کیفیت الکترود، جایگذاری صحیح و آماده‌سازی بیمار بستگی دارد.

Key Technical Specifications

معماری داخلی

ADS1296R یک معماری داخلی پیچیده را برای اندازه‌گیری‌های بیوپتانسیل بهینه شده است. این تراشه دارای شش کانال ورودی آنالوگ است که هر یک به یک تقویت‌کننده گین قابل برنامه‌ریزی (PGA) کم‌نویز متصل است که برای تقویت سیگنال‌های فیزیولوژیکی ضعیف طراحی شده است. سیگنال‌های تقویت شده سپس به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) دلتا-سیگما ۲۴ بیتی با تفکیک‌پذیری بالا تغذیه می‌شوند که ورودی آنالوگ را دیجیتالی می‌کند. این دستگاه همچنین شامل یک تقویت‌کننده Right Leg Drive (RLD) یکپارچه برای سرکوب فعال تداخل حالت مشترک و مدار اختصاصی تشخیص قطع لید برای نظارت بر تماس الکترود است. یک مرجع ولتاژ دقیق داخلی و یک نوسان‌ساز داخلی، پارامترهای عملیاتی پایداری را فراهم می‌کنند. تمام داده‌های دیجیتالی شده و دستورات کنترلی از طریق یک رابط سریال جانبی (SPI) قوی مدیریت می‌شوند که امکان ارتباط با یک میکروکنترلر میزبان خارجی را فراهم می‌کند.

سوالات فنی متداول

1. س: چگونه می‌توان نویز حالت مشترک را در اندازه‌گیری‌های ECG با استفاده از ADS1296R حذف کرد؟
   پ: ADS1296R با استفاده از تقویت‌کننده Right Leg Drive (RLD) یکپارچه خود، به حذف بالای نویز حالت مشترک دست می‌یابد. این تقویت‌کننده به طور فعال ولتاژ حالت مشترک موجود روی بدن بیمار را حس کرده و جریان جبران‌کننده‌ای را تزریق می‌کند که به طور موثر تداخل حالت مشترک را حذف کرده و یکپارچگی سیگنال را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.

2. س: هدف از ویژگی تشخیص قطع لید یکپارچه در ADS1296R چیست؟
   پ: ویژگی تشخیص قطع لید در ADS1296R برای اطمینان از اندازه‌گیری‌های قابل اعتماد بیوپتانسیل با نظارت بر امپدانس رابط الکترود-پوست بسیار مهم است. این ویژگی به شناسایی زمانی که یک الکترود جدا شده یا تماس ضعیفی دارد، کمک می‌کند که برای حفظ کیفیت داده و ایمنی بیمار ضروری است. هر دو روش تشخیص قطع لید AC و DC پشتیبانی می‌شوند.

3. س: چگونه می‌توان نرخ داده و وضوح مؤثر را در ADS1296R برای کاربردهای خاص بهینه کرد؟
   پ: نرخ داده خروجی ADS1296R را می‌توان از طریق رجیسترهای کنترلی آن برنامه‌ریزی کرد و طیف وسیعی از تنظیمات را تا 32 kSPS ارائه می‌دهد. در حالی که وضوح سخت‌افزاری ADC ۲۴ بیت ثابت است، وضوح مؤثر (عملکرد نویز) را می‌توان با انتخاب گین‌های مناسب PGA و نرخ‌های داده بهینه کرد. نرخ‌های داده بالاتر عموماً با پهنای باند وسیع‌تر و به طور بالقوه نویز بیشتر همراه است، در حالی که نرخ‌های داده پایین‌تر می‌توانند با امکان میانگین‌گیری بیشتر، عملکرد نویز را بهبود بخشند.

قطعات مشابه / جایگزین

• شماره قطعه: ADS1298
  سازنده: Texas Instruments
  شباهت فنی: یک AFE نوار قلب (ECG) ۸ کاناله، ۲۴ بیتی از همان خانواده محصول، که تعداد کانال‌های بالاتری را ارائه می‌دهد.
• شماره قطعه: ADS1299
  سازنده: Texas Instruments
  شباهت فنی: یک AFE نوار مغز (EEG) ۸ کاناله، ۲۴ بیتی با کارایی بالا که برای کاربردهای با نویز بسیار پایین طراحی شده است.
• شماره قطعه: ADS1198
  سازنده: Texas Instruments
  شباهت فنی: یک AFE نوار قلب (ECG) ۸ کاناله، ۱۶ بیتی، که گزینه‌ای با وضوح پایین‌تر و مناسب برای طراحی‌های حساس به هزینه را فراهم می‌کند.

جدول مرجع

این بخش برای معرفی آی‌سی‌های مهم و پرکاربرد تهیه شده است تا آشنایی بیشتری برای طراحان و علاقه‌مندان به الکترونیک فراهم آورد. لطفاً توجه داشته باشید که لزوماً همه قطعات معرفی‌شده در اینجا بخشی از سبد محصولات ما نیستند؛ با این حال، در صورت نیاز می‌توانید با ما در orders@gebrabit.com تماس گرفته و درخواست تأمین قطعه خود را ارسال نمایید.