اطلاعات عمومی
- نام چیپ: AFE4950
- سازنده: Texas Instruments
- مهمترین ویژگی کلیدی: AFE4950 – PPG/ECG AFE، چهار ورودی فوتودیود، ۲۵۰ میلیآمپر درایو LED، ۱۰۰ دسیبل نسبت سیگنال به نویز نوری
- دستهبندی عملکردی: فرانتاند آنالوگ (AFE) برای فوتوپلتیسموگرافی (PPG) و الکتروکاردیوگرافی (ECG)
- توضیحات فنی کوتاه: AFE4950 یک فرانتاند آنالوگ (AFE) کاملاً یکپارچه است که برای اندازهگیری همزمان فوتوپلتیسموگرافی (PPG) و الکتروکاردیوگرافی (ECG) طراحی شده است. این AFE شامل درایورهای LED، مسیر دریافت سیگنال برای فوتودیودها و یک کانال ECG برای جمعآوری سیگنالهای بیوپتانسیل است. این قطعه دارای چهار ورودی فوتودیود است که قادر به درایو LED تا ۲۵۰ میلیآمپر بوده و نسبت سیگنال به نویز نوری ۱۰۰ دسیبل را فراهم میکند، همچنین دادههای دیجیتالی PPG و ECG را برای پردازش بعدی توسط یک میکروکنترلر میزبان ارائه میدهد.
فلسفه طراحی
AFE4950 با هدف ارائه یک راهکار بسیار یکپارچه و منعطف برای پایش چند پارامتری علائم حیاتی در دستگاههای کوچک و حساس به توان، طراحی شده است. این قطعه با ترکیب کانالهای اکتساب PPG و ECG با عملکرد بالا، در کنار درایورهای پیشرفته LED و زنجیره سیگنال جامع، پیچیدگی سیستم و تعداد قطعات خارجی را برای کاربردهای حسگر زیستی نوری و الکتریکی کاهش میدهد.
توضیحات کلی
AFE4950 یک فرانتاند آنالوگ (AFE) بسیار یکپارچه است که برای جمعآوری سیگنالهای فوتوپلتیسموگرافی (PPG) و الکتروکاردیوگرافی (ECG) طراحی شده است. این قطعه تمامی بلوکهای لازم برای حسگری زیستی نوری و الکتریکی را در خود جای داده و یک راهحل جامع برای پایش علائم حیاتی فراهم میکند.
این قطعه تحریک چندین LED را برای اندازهگیریهای PPG مدیریت میکند و به طور همزمان سیگنالهای فوتودیودها و الکترودهای ECG را شرطیسازی و دیجیتالی میکند. معماری یکپارچه آن، جمعآوری و تبدیل کارآمد سیگنال را برای کاربردهای مختلف پایش بدن انسان تضمین میکند.
در یک سیستم الکترونیکی، AFE4950 به عنوان یک هاب مرکزی برای تبدیل سیگنالهای فیزیولوژیکی آنالوگ به دادههای دیجیتال عمل میکند. این قطعه ورودیهای نوری و الکتریکی خام را دریافت کرده، آنها را از طریق زنجیرههای سیگنال آنالوگ و دیجیتال داخلی خود پردازش میکند و دادههای دیجیتال پاک و قابل استفاده را برای تجزیه و تحلیل و تفسیر به یک پردازنده میزبان ارسال مینماید.
کاربردها
- گجتهای پوشیدنی ورزشی
- ساعتهای هوشمند
- ردیابی نوری ضربان قلب
- پچهای پزشکی
- پالس اکسیمتری
- تغییرپذیری ضربان قلب (HRV)
ویژگیهای کلیدی
- AFE یکپارچه برای PPG و ECG
- چهار ورودی فوتودیود
- تا ۳ درایور LED با کنترل جریان ۸ بیتی (تا ۲۵۰ میلیآمپر برای هر LED)
- مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) ۲۰ بیتی یکپارچه
- نسبت سیگنال به نویز نوری (SNR) ۱۰۰ دسیبل
- حذف نور محیط (ALC) یکپارچه
- هسته زمانبندی منعطف برای اندازهگیریهای چندگانه
- تقویتکننده ترانسامپدانس (TIA) با نویز کم
- تقویتکننده گین قابل برنامهریزی (PGA)
- فیلترهای دیجیتال برای کانال ECG
- رابط SPI
مزایا
- یکپارچگی بالا، پیچیدگی سیستم و مساحت PCB را کاهش میدهد.
- امکان اندازهگیری همزمان PPG و ECG را فراهم میکند.
- SNR نوری بالا امکان اندازهگیری دقیق در شرایط چالشبرانگیز را میدهد.
- قابلیتهای درایو LED منعطف، پیکربندیهای مختلف حسگری نوری را پشتیبانی میکند.
- حذف داخلی نور محیط، پایداری اندازهگیری را بهبود میبخشد.
محدودیتها
- نیاز به میکروکنترلر میزبان خارجی برای پردازش و کنترل دادهها.
- برای اندازهگیریهای نوری به LED و فوتودیود خارجی نیاز دارد.
- برای اندازهگیریهای ECG به الکترودهای خارجی نیاز دارد.
مشخصات فنی کلیدی
| Parameter | Value |
|---|---|
| Supply Voltage (Analog) | 2.7 V to 3.6 V |
| Supply Voltage (Digital) | 1.7 V to 3.6 V |
| Current Consumption (PPG) | N/A |
| Current Consumption (ECG) | N/A |
| ADC Resolution | 20-bit effective resolution |
| Sampling Rate (PPG) | Up to 250 SPS |
| Sampling Rate (ECG) | Up to 2000 SPS |
| Operating Temperature Range | –20°C to +85°C |
| Package Type | 49-ball DSBGA (3.0 mm × 3.0 mm) |
معماری داخلی
معماری داخلی AFE4950 شامل مسیرهای سیگنال مجزا اما یکپارچه برای PPG و ECG است. مسیر PPG شامل حداکثر سه درایور LED با جریان بالا و کنترل جریان ۸ بیتی است که برای انتشار نور به LEDهای خارجی متصل میشوند. نور بازتابی یا ارسالی توسط حداکثر چهار فوتودیود خارجی شناسایی میشود که جریان آنها به تقویتکنندههای ترانسامپدانس (TIA) با نویز کم وارد میشود. خروجیهای این TIAها سپس توسط تقویتکنندههای گین قابل برنامهریزی (PGA) شرطیسازی شده و از طریق مدار حذف نور محیط (ALC) عبور میکنند تا توسط یک ADC با وضوح بالا (۲۰ بیتی) دیجیتالی شوند.
مسیر ECG دارای کانالهای ورودی اختصاصی است که به الکترودهای خارجی متصل میشوند. این ورودیها توسط یک تقویتکننده ابزار دقیق با نویز کم، و سپس یک PGA و فیلترهای دیجیتال شرطیسازی میشوند، پیش از اینکه برای دیجیتالی شدن به همان ADC ۲۰ بیتی وارد شوند. یک هسته زمانبندی منعطف، کل توالی اندازهگیری را کنترل میکند، در حالی که یک رابط SPI امکان ارتباط با یک میکروکنترلر خارجی را برای پیکربندی و بازیابی دادهها فراهم میآورد. مدارهای بایاس و مرجع، عملیات فرانتاند آنالوگ را پشتیبانی میکنند.
سوالات فنی متداول
۱. س: AFE4950 چگونه تداخل نور محیط را برای اندازهگیریهای PPG مدیریت میکند؟
ج: AFE4950 شامل یک بلوک حذف نور محیط (ALC) یکپارچه است. این مدار، نور محیط را در فاز خاموش بودن LED اندازهگیری کرده و سهم آن را از سیگنال فوتودیود در فاز روشن بودن LED کسر میکند که به طور موثری تداخل را کاهش داده و نسبت سیگنال به نویز را در شرایط نوری مختلف بهبود میبخشد.
س: حداکثر جریان درایو LED که توسط AFE4950 پشتیبانی میشود چقدر است؟
ج: AFE4950 حداکثر ۲۵۰ میلیآمپر جریان درایو را برای هر کانال درایور LED پشتیبانی میکند. این قطعه دارای سه درایور LED مستقل است و جریان هر یک را میتوان با رزولوشن ۸ بیتی برنامهریزی کرد که امکان کنترل دقیق و بهینهسازی توان نوری را برای کاربردهای مختلف و انواع پوست فراهم میآورد.س: آیا AFE4950 میتواند اندازهگیریهای همزمان PPG و ECG را انجام دهد؟
ج: بله، AFE4950 برای جمعآوری همزمان سیگنالهای PPG و ECG طراحی شده است. این قطعه دارای فرانتاند آنالوگ اختصاصی و یک ADC با وضوح بالا مشترک، همراه با یک هسته زمانبندی منعطف است که امکان اندازهگیریهای همزمان یا متناوب هر دو علامت حیاتی را فراهم میکند، پیچیدگی سیستم را کاهش داده و پایش چند پارامتری را ممکن میسازد.
قطعات مشابه / جایگزین
- AFE4420: Texas Instruments، AFE مشابه PPG با درایورهای LED و ADC یکپارچه.
- AFE4900: Texas Instruments، AFE مشابه PPG یکپارچه، متمرکز بر گجتهای پوشیدنی کممصرف.
- AFE4990: Texas Instruments، AFE یکپارچه برای اندازهگیری SpO2 و HR، دستهبندی عملکردی مشابه.
جدول منابع
| Resource Type | Official Manufacturer Link |
|---|---|
| Datasheet | AFE4950 Multimode Analog Front-End for Wearable PPG and ECG Applications datasheet (SLASEA2A) |
| Product Brief | AFE4950 Product Page |
| Application Notes | Optimizing AFE4950 Based Smartwatches for Clinical-Grade Blood Pressure |
این بخش به منظور معرفی ICهای مهم و پرکاربرد تهیه شده است تا آشنایی بیشتری برای طراحان و علاقهمندان به الکترونیک فراهم آورد. 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 ما از طریق orders@gebrabit.com تماس بگیرید و درخواست تامین قطعه را ارسال نمایید.