اطلاعات عمومی
- نام تراشه: AFE4960P
- سازنده: Texas Instruments
- مهمترین ویژگی کلیدی: AFE4960P – فرانت-اند آنالوگ (AFE) یکپارچه PPG و ECG، دارای تا 6 درایور LED با جریان پالس 250 میلیآمپر، 4 ورودی فتودیود، ECG تکلید با نویز ارجاع به ورودی 1 میکروولت پیک-تو-پیک، و یک ADC 24 بیتی با رزولوشن بالا.
- دستهبندی عملکردی: فرانت-اند آنالوگ (AFE) یکپارچه برای حسگری سلامت پوشیدنی (PPG, ECG)
- توضیحات فنی کوتاه: AFE4960P یک فرانت-اند آنالوگ بسیار یکپارچه برای حسگری سلامت در دستگاههای پوشیدنی است که برای دریافت همزمان سیگنالهای فوتوپلتیسموگرافی (PPG) و الکتروکاردیوگرام (ECG) طراحی شده است. این تراشه شامل یک مسیر کامل PPG با درایورهای LED و ورودیهای فتودیود، در کنار یک کانال ECG تکلید است تا یک راهحل حسگری ترکیبی را ارائه دهد. این دستگاه سیگنالهای بیولوژیکی آنالوگ را از طریق مبدل آنالوگ به دیجیتال 24 بیتی یکپارچه خود به دادههای دیجیتال با رزولوشن بالا تبدیل میکند.
فلسفه طراحی
AFE4960P برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برای راه حلهای یکپارچه، کممصرف و فشرده پایش علائم حیاتی در الکترونیک پوشیدنی طراحی شده است. این تراشه هم مسیرهای دریافت فوتوپلتیسموگرافی (PPG) و هم الکتروکاردیوگرام (ECG) را در یک تراشه واحد ادغام میکند که منجر به کاهش پیچیدگی، فضای برد و مصرف کلی توان سیستم میشود. این یکپارچگی فنی با ارائه یک فرانت-اند آنالوگ جامع و با عملکرد بالا، توسعه ردیابهای پیشرفته سلامت و تناسب اندام را سادهسازی میکند.
توضیحات کلی
AFE4960P یک فرانت-اند آنالوگ (AFE) یکپارچه است که با ترکیب قابلیتهای مختلف دریافت سیگنال بیولوژیکی، حسگری پیشرفته سلامت در دستگاههای پوشیدنی را تسهیل میکند. این دستگاه برای پردازش دقیق هر دو سیگنال فوتوپلتیسموگرافی (PPG) برای پایش نوری ضربان قلب و اشباع اکسیژن، و همچنین سیگنالهای الکتروکاردیوگرام (ECG) برای ارزیابی ریتم قلبی طراحی شده است. نقش کلی آن در یک سیستم الکترونیکی، عمل کردن به عنوان رابط اصلی بین مبدلهای خارجی مانند LEDها، فتودیودها و الکترودهای ECG و یک میکروکنترلر میزبان است که سیگنالهای فیزیولوژیکی آنالوگ ضعیف را به یک جریان داده دیجیتال تمیز و آماده برای تحلیل و تفسیر بیشتر تبدیل میکند.
کاربردها
- ساعتهای هوشمند
- مچبندهای تناسب اندام
- پالس اکسیمترها
- مانیتورهای ضربان قلب
- برچسبهای پوشیدنی (Wearable Patches)
ویژگیهای کلیدی
- مسیرهای دریافت سیگنال PPG و ECG تکلید یکپارچه
- حداکثر 6 درایور LED انعطافپذیر با جریان پالس 250 میلیآمپر (معمولی)
- 4 ورودی مستقل فتودیود
- مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) 24 بیتی با رزولوشن بالا
- کانال ECG تکلید با نویز ارجاع به ورودی 1 میکروولت پیک-تو-پیک (معمولی)
- درایورهای LED پرجریان یکپارچه با گزینههای جریان قابل برنامهریزی
- تقویتکننده ترانسامپدانس (TIA) کمنویز برای PPG
- تشخیص قطع الکترود (Lead-off) AC و DC یکپارچه برای ECG
- پشتیبانی از گزینههای کلاکدهی انعطافپذیر
- رابط SPI برای پیکربندی رجیسترها
- رگولاتورهای افت ولتاژ پایین (LDO) یکپارچه
مزایا
- سطح بالای یکپارچگی که به طور قابل توجهی تعداد قطعات خارجی و فضای برد را کاهش میدهد.
- مصرف توان پایین مناسب برای عمر باتری طولانی در دستگاههای پوشیدنی.
- دریافت سیگنال دقیق و کمنویز برای پایش قابل اعتماد علائم حیاتی.
- پیکربندیهای انعطافپذیر درایور LED و ورودی فتودیود برای نیازهای متنوع حسگری نوری.
- طراحی سیستم ساده شده به دلیل عملکردهای ترکیبی و مدیریت توان یکپارچه.
- عملکرد قوی ECG با حذف حالت مشترک (CMRR) عالی برای سرکوب نویز و آرتیفکت.
محدودیتها
- برای پردازش دادههای پیشرفته، اجرای الگوریتمها و کنترل کلی سیستم به یک میکروکنترلر خارجی نیاز دارد.
- عملکرد ECG محدود به پیکربندی تکلید است، که آن را برای الکتروکاردیوگرافی تشخیصی چندلید نامناسب میسازد.
- عملکرد به شدت به جایگذاری صحیح سنسور فیزیکی و تماس مداوم با پوست در کاربردهای پوشیدنی بستگی دارد.
- قطعات مجزای خارجی مانند LEDها، فتودیودها و الکترودها همچنان برای پیادهسازی کامل سیستم ضروری هستند.
Key Technical Specifications
| Parameter | Value | Unit |
|---|---|---|
| Supply Voltage (Analog) | 1.8 to 3.6 | V |
| Supply Voltage (Digital) | 1.8 to 3.6 | V |
| AVDD for LDO | 2.8 to 5.5 | V |
| Operating Temperature Range | -20 to +85 | °C |
| ADC Resolution | 24 | Bits |
| Maximum Sampling Rate (PPG) | 1500 (per channel) | Samples/s |
| LED Driver Current | Up to 250 (pulse) | mA |
| Number of LED Drivers | 6 | N/A |
| Number of PD Inputs | 4 | N/A |
| ECG Input-Referred Noise | 1 (typical) | µVpp |
| ECG CMRR | >95 (DC to 60Hz) | dB |
| Package Type | 49-ball DSBGA, 49-ball WCSP (YFG) | N/A |
معماری داخلی
AFE4960P یک معماری داخلی جامع و بهینه شده برای دریافت سیگنالهای بیولوژیکی چندحالته را یکپارچه میکند. مسیر سیگنال فوتوپلتیسموگرافی (PPG) دارای حداکثر شش درایور LED با جریان بالا برای روشنایی نوری است که توسط یک موتور زمانبندی انعطافپذیر کنترل میشود. نور بازتابی توسط حداکثر چهار ورودی فتودیود دریافت میشود که به یک مرحله تقویتکننده ترانسامپدانس (TIA) کمنویز ارسال میشوند. این سیگنال تقویتشده سپس از یک تقویتکننده با بهره قابل برنامهریزی (PGA) و یک فیلتر ضدالیانس عبور میکند و قبل از دیجیتالی شدن توسط یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) 24 بیتی با رزولوشن بالا. مسیر سیگنال الکتروکاردیوگرام (ECG) شامل یک مرحله تقویتکننده کمنویز (LNA) اختصاصی، و سپس یک تقویتکننده ابزار دقیق (IA) برای تقویت سیگنال دیفرانسیلی، و فیلترینگ اضافی است که سپس به همان ADC 24 بیتی وارد میشود. مدارهای بایاس یکپارچه ولتاژ حالت مشترک لازم را برای مسیر ECG فراهم میکنند. یک کنترلکننده دیجیتال زمانبندی، توالی و پیکربندی هر دو مسیر PPG و ECG را از طریق رابط سریال محیطی (SPI) مدیریت میکند و استخراج دادههای دیجیتال خام را تسهیل میبخشد. رگولاتورهای افت ولتاژ پایین (LDO) یکپارچه، تنظیم توان داخلی پایداری را فراهم میکنند.
سوالات فنی متداول
س: AFE4960P چگونه چندین LED و فتودیود را برای اندازهگیریهای PPG مدیریت میکند؟
- ج: AFE4960P شامل یک موتور زمانبندی انعطافپذیر است که امکان روشن کردن متوالی حداکثر 6 LED و نمونهبرداری همزمان یا متوالی از حداکثر 4 ورودی فتودیود را فراهم میکند. این قابلیت اندازهگیریهای PPG چندطول موجی و بهبود نسبت سیگنال به نویز را از طریق تکنیکهای حذف نور محیطی و کاهش نویز سوسوزن (flicker noise) ممکن میسازد.
س: نویز ارجاع به ورودی معمولی برای کانال ECG چقدر است و چگونه به کیفیت سیگنال کمک میکند؟
- ج: کانال ECG به طور معمول نویز ارجاع به ورودی 1 µVpp را نشان میدهد. این کف نویز پایین برای دریافت سیگنالهای الکتروکاردیوگرام واضح و دقیق از بدن حیاتی است و تضمین میکند که اطلاعات حیاتی قلبی توسط نویز سیستم پوشیده نمیشود، که به ویژه در کاربردهای تشخیصی و پایش مهم است.
س: آیا AFE4960P میتواند با ولتاژهای تغذیه مختلف کار کند و ویژگیهای مدیریت توان آن چیست؟
- ج: AFE4960P از ولتاژهای تغذیه آنالوگ و دیجیتال جداگانه در محدوده 1.8 ولت تا 3.6 ولت پشتیبانی میکند، با یک AVDD اضافی برای LDOها از 2.8 ولت تا 5.5 ولت. این شامل رگولاتورهای افت ولتاژ پایین (LDO) یکپارچه برای تولید ولتاژهای داخلی پایدار و همچنین حالتهای مختلف کممصرف و گزینههای قابل برنامهریزی درایور LED برای بهینهسازی مصرف توان برای دستگاههای پوشیدنی باتریدار است.
س: AFE4960P از چه رابط ارتباطی برای پیکربندی و خواندن دادهها استفاده میکند؟
- ج: AFE4960P از یک رابط SPI استاندارد 4 سیمه برای تمام برنامهریزی و پیکربندی رجیسترها استفاده میکند. این رابط همچنین به عنوان ابزار اصلی برای خواندن دادههای دیجیتالی شده PPG و ECG از ADC 24 بیتی یکپارچه به یک میکروکنترلر میزبان عمل میکند.
قطعات مشابه / جایگزین
- AFE4405 – Texas Instruments – یک AFE یکپارچه PPG، اما بدون قابلیت ECG اختصاصی.
- AFE4404 – Texas Instruments – یک AFE PPG نسل قبلی، با درایورهای LED و TIA/ADC یکپارچه برای حسگری نوری.
- AFE4900 – Texas Instruments – یک AFE یکپارچه برای PPG، دارای قابلیتهای پیشرفته حذف نور محیط.
- AFE4950 – Texas Instruments – یک AFE یکپارچه برای PPG، طراحی شده برای حسگری ضربان قلب نوری با عملکرد بالا و کممصرف.
جدول منابع
| نوع منبع | لینک رسمی سازنده |
|---|---|
| Datasheet | AFE4960P Integrated Analog Front-End for Wearable Health Sensing (Rev. C) |
| Product Page | AFE4960P: Integrated Analog Front End for Wearable Health Sensing |
| Application Notes | Continuous Heart-Rate Measurement in Wearable Devices Using the AFE4960 |
این بخش برای معرفی آیسیهای مهم و پرکاربرد تهیه شده است و هدف آن آشنایی بیشتر طراحان و علاقهمندان به الکترونیک است. لطفاً توجه داشته باشید که همه قطعات معرفی شده لزوماً بخشی از سبد محصولات ما نیستند؛ با این حال، در صورت نیاز، میتوانید درخواست تأمین قطعه را با ما در میان بگذارید و با آدرس orders@gebrabit.com تماس بگیرید.