اطلاعات عمومی
- نام تراشه: ADS1299
- سازنده: Texas Instruments
- مهمترین ویژگی کلیدی: ADS1299 – AFE EEG، ۸ کانال، دقت ۲۴ بیت، نویز ورودی مرجع ۱µVPP، گین انعطافپذیر.
- دسته بندی عملکردی: تقویتکننده آنالوگ جلویی (AFE) برای EEG
- توضیحات فنی کوتاه: ADS1299 یک تقویتکننده آنالوگ جلویی (AFE) دلتا-سیگما ۸ کاناله و ۲۴ بیتی است که برای اندازهگیریهای بیوپتانسیل طراحی شده است. این تراشه تمامی ویژگیهای رایج مورد نیاز برای اکتساب داده با نویز کم را یکپارچه کرده و دارای نویز ورودی مرجع ۱µVPP و یک ADC ۲۴ بیتی با وضوح بالا است. این دستگاه خروجی دیجیتال با وضوح بالا را برای الکتروانسفالوگرافی (EEG) و زنجیرههای سیگنال بیوپتانسیل مشابه فراهم میکند.
فلسفه طراحی
ADS1299 برای رفع شکاف فنی در سیستمهای اندازهگیری بیوپتانسیل با عملکرد بالا، بهویژه برای الکتروانسفالوگرافی (EEG) طراحی شد. این تراشه چندین زنجیره سیگنال کمنویز و با وضوح بالا و بلوکهای جانبی ضروری را یکپارچه میکند که طراحی سیستم را ساده، تعداد کلی قطعات را کاهش و مصرف برق را کمتر میکند. این رویکرد طراحی با هدف ارائه یک راه حل قوی و مقرونبهصرفه برای دریافت سیگنالهای بیوپتانسیل پیچیده و با دامنه کم و با وفاداری بالا است.
توضیحات کلی
ADS1299 یک دستگاه تقویتکننده آنالوگ جلویی (AFE) بسیار یکپارچه است که به طور خاص برای کاربردهای مختلف اندازهگیری بیوپتانسیل طراحی شده است. معماری آن از اکتساب سیگنال قوی در سیستمهای حساس پزشکی و بهداشتی پشتیبانی میکند.
این قطعه چندین مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) دلتا-سیگما ۲۴ بیتی کمنویز را با تقویتکنندههای گین قابل برنامهریزی و سایر بلوکهای ضروری پردازش سیگنال ترکیب میکند. این یکپارچهسازی، اکتساب همزمان دادهها را در چندین کانال ورودی به طور موثر تسهیل میکند.
نقش اصلی این دستگاه دیجیتالی کردن سیگنالهای آنالوگ بیوپتانسیل و تولید خروجی دیجیتال با وضوح بالا است. این خروجی سپس برای پردازش بیشتر توسط یک میکروکنترلر یا پردازشگر سیگنال دیجیتال میزبان آماده میشود و به عنوان یک رابط حیاتی در زنجیره سیگنال عمل میکند.
کاربردها
- الکتروانسفالوگرافی (EEG)
- اکتساب EEG با چگالی بالا
- الکترومیوگرافی (EMG)
- الکتروکاردیوگرافی (ECG)
- دستگاههای مطالعه خواب
- اندازهگیری پتانسیل برانگیخته
- اندازهگیری بیوپتانسیل
ویژگی های کلیدی
- هشت تقویتکننده گین قابل برنامهریزی (PGA) کمنویز و ADCهای ۲۴ بیتی
- نویز ورودی مرجع: ۱ µVPP (معمولی، گین PGA = ۲۴، پهنای باند ۱۵۰ هرتز)
- جریان بایاس ورودی: ۳۰۰ pA (معمولی)
- نرخ داده: ۲۵۰ SPS تا ۱۶ kSPS
- نسبت حذف حالت مشترک (CMRR): ۱۰۰- دسیبل
- تقویتکننده داخلی Right-Leg Drive (RLD)
- قابلیتهای اندازهگیری امپدانس داخلی
- خروجیهای دیجیتال برای تمامی هشت کانال از طریق SPI
- مرجع داخلی و اسیلاتور برای کاهش تعداد قطعات خارجی
- مالتیپلکسینگ ورودی انعطافپذیر برای پیکربندی کانال مستقل
مزایا
- عملکرد بسیار کم نویز ورودی مرجع، اندازهگیری دقیق سیگنالهای بیوپتانسیل با دامنه کم را ممکن میسازد.
- تعداد کانال بالا با نمونهبرداری همزمان از سیستمهای اکتساب پیچیده و چندلید پشتیبانی میکند.
- یکپارچگی بالا اجزای زنجیره سیگنال، تعداد قطعات خارجی و فضای برد را به طور قابل توجهی کاهش میدهد.
- مالتیپلکسینگ ورودی انعطافپذیر و گین قابل برنامهریزی، امکان پیکربندیهای سیگنال و انواع ورودی متنوع را فراهم میکند.
- ویژگیهای داخلی مانند RLD و اندازهگیری امپدانس، طراحی سیستم را ساده کرده و کیفیت سیگنال را افزایش میدهند.
- دامنه وسیع نرخ داده، نیازهای مختلف کاربردی از اکتساب داده با سرعت پایین تا سرعت بالاتر را برآورده میکند.
محدودیت ها
- برای پیکربندی، کنترل و پردازش اکتساب داده به یک میکروکنترلر میزبان خارجی نیاز دارد.
- عملکرد بهینه نویز به چیدمان دقیق برد مدار چاپی (PCB)، اتصال زمین و تکنیکهای محافظتی وابسته است.
- فیلترهای ضد الایزینگ خارجی و مدارهای حفاظت ورودی برای عملکرد قوی در محیطهای واقعی همچنان ضروری هستند.
- خروجی دیجیتال برای بازیابی دادهها به یک رابط سازگار با SPI نیاز دارد که مستلزم رابط دیجیتال خاصی است.
مشخصات فنی کلیدی
| Specification | Value |
|---|---|
| Supply Voltage (Analog) | +4.75 V to +5.25 V (AVDD, AVSS to GND) |
| Supply Voltage (Digital) | +1.8 V to +3.6 V (DVDD) |
| Power Consumption (Typ) | 2.5 mW/channel @ 250 SPS |
| Resolution | 24 bits |
| Sampling Rate | 250 SPS to 16 kSPS |
| Input-Referred Noise (Typ) | 1 µVPP (PGA gain = 24, 150 Hz BW) |
| Operating Temperature Range | –40°C to +85°C |
| Package Type | 64-pin TQFP |
معماری داخلی
ADS1299 دارای یک معماری بسیار یکپارچه است که حول هشت کانال ورودی مستقل متمرکز شده است. هر کانال شامل یک مالتیپلکسر ورودی انعطافپذیر است که امکان انتخاب منابع سیگنال مختلف را فراهم میکند. پس از مالتیپلکسر، یک تقویتکننده گین قابل برنامهریزی (PGA) کمنویز، سیگنال بیوپتانسیل را تقویت میکند. خروجی هر PGA سپس به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) دلتا-سیگما ۲۴ بیتی اختصاصی برای دیجیتالی کردن با وضوح بالا تغذیه میشود. این دستگاه همچنین شامل یک تقویتکننده یکپارچه Right-Leg Drive (RLD)، منابع جریان قابل برنامهریزی برای بایاس، و مداری برای تشخیص کامل قطع لید و اندازهگیری امپدانس است. یک مرجع ولتاژ دقیق داخلی و یک اسیلاتور داخلی نیاز به اجزای زمانبندی و مرجع خارجی را به حداقل میرساند. تمامی پیکربندی و ارتباط دادههای دیجیتال از طریق یک رابط سریال سازگار با SPI انجام میشود.
سوالات فنی متداول
س: چگونه میتوان نویز ورودی مرجع را هنگام استفاده از ADS1299 به حداقل رساند؟
- پ: به حداقل رساندن نویز ورودی مرجع نیاز به توجه دقیق به چیدمان PCB، اطمینان از اتصال زمین مناسب و محافظت برای جلوگیری از کوپلینگ نویز خارجی دارد. استفاده از ورودیهای دیفرانسیل، انتخاب فیلترهای ضد الایزینگ مناسب و کار با PGA در گینهای بالاتر (در محدودیتها) نیز میتواند به بهبود نسبت سیگنال به نویز کمک کند.
س: هدف از تقویتکننده Right-Leg Drive (RLD) در ADS1299 چیست؟
- پ: تقویتکننده RLD یک ولتاژ حالت مشترک معکوس تولید میکند که به پای راست بیمار (یا نقطه مرجع مشترک دیگر) بازخورد داده میشود. این تکنیک به طور فعال تداخل حالت مشترک موجود در بدن بیمار را کاهش میدهد و در نتیجه نسبت حذف حالت مشترک (CMRR) و کیفیت کلی سیگنال را بهبود میبخشد.
س: تشخیص قطع لید در ADS1299 چگونه پیادهسازی میشود؟
- پ: ADS1299 از تشخیص قطع لید AC و DC پشتیبانی میکند. تشخیص قطع لید DC شامل تزریق یک جریان کوچک به الکترود و اندازهگیری افت ولتاژ است. تشخیص قطع لید AC شامل تزریق یک سیگنال AC و نظارت بر دامنه حاصله است. هر دو روش زمانی که یک الکترود تماس خود را با بیمار از دست میدهد، شناسایی میکنند.
س: آیا ADS1299 میتواند با یک ولتاژ تغذیه تکی کار کند؟
- پ: ADS1299 برای عملکرد بهینه و جایگزینی سیگنالهای بیوپتانسیل که میتوانند هم مثبت و هم منفی نسبت به زمین باشند، به یک تغذیه آنالوگ دو قطبی (AVDD و AVSS) نیاز دارد. تغذیه دیجیتال (DVDD) به طور مستقل و معمولاً در ولتاژ پایینتر کار میکند.
قطعات مشابه / جایگزین
- ADS1298, Texas Instruments, AFE بیوپتانسیل ۸ کاناله، ۲۴ بیتی.
- ADS1292, Texas Instruments, AFE بیوپتانسیل ۲ کاناله، ۲۴ بیتی.
- ADS1293, Texas Instruments, AFE بیوپتانسیل ۳ کاناله، ۲۴ بیتی.
- ADS1299-4, Texas Instruments, نسخه ۴ کاناله از ADS1299.
جدول منابع
| Resource Type | Official Manufacturer Link |
|---|---|
| Datasheet | https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1299.pdf |
| Product Page | https://www.ti.com/product/ADS1299 |
| Application Notes | https://www.ti.com/product/ADS1299#technical-documents |
این بخش برای معرفی آیسیهای مهم و پرکاربرد تهیه شده است و هدف آن افزایش آشنایی طراحان و علاقهمندان به الکترونیک است. لطفاً توجه داشته باشید که همه قطعات ارائه شده در اینجا لزوماً بخشی از سبد محصولات ما نیستند؛ با این حال، در صورت نیاز، میتوانید با ارسال درخواست تامین قطعه از طریق orders@gebrabit.com با ما تماس بگیرید.