اطلاعات عمومی
- نام تراشه: AFE49I30
- سازنده: Texas Instruments
- مهمترین ویژگی کلیدی: AFE49I30 – AFE یکپارچه PPG/ECG، ۶ ورودی فوتودیود، ECG تکلیدی، ADC ۲۴ بیتی
- دسته بندی عملکردی: مبدل آنالوگ جلویی (AFE) یکپارچه فوتوپلتیسموگرافی (PPG) و الکتروکاردیوگرام (ECG)
- توضیحات فنی کوتاه: AFE49I30 یک AFE یکپارچه PPG/ECG است که برای کاربردهای بهداشت پوشیدنی طراحی شده است. این دستگاه عملکردهای الکتریکی اصلی را برای سنجش نوری چندکاناله و اکتساب الکتروکاردیوگرام تکلیدی فراهم میکند. با داشتن ۶ ورودی فوتودیود، درایورهای LED انعطافپذیر و یک ADC ۲۴ بیتی، این دستگاه اندازهگیریهای با نسبت سیگنال به نویز بالا ارائه میدهد و به عنوان یک جزء حیاتی در زنجیرههای پردازش سیگنالهای فیزیولوژیکی عمل میکند.
فلسفه طراحی
AFE49I30 برای رفع نیاز به یک راهحل فشرده، کممصرف و بسیار یکپارچه برای پایش فیزیولوژیکی چندپارامتری در دستگاههای پوشیدنی با فضای محدود طراحی شده است. با ترکیب یک AFE از نوع PPG چندکاناله با یک AFE از نوع ECG تکلیدی در یک مدار مجتمع واحد، هدف آن سادهسازی طراحی سیستم، کاهش فضای مورد نیاز برد و کاهش کلی مصرف برق است. این یکپارچگی، توسعه ردیابهای سلامت و تناسب اندام پیشرفته، مینیاتوری شده و با عمر باتری طولانیتر را با ارائه یک مبدل جلویی یکپارچه برای اکتساب علائم حیاتی، امکانپذیر میسازد.
توضیحات کلی
AFE49I30 یک مبدل آنالوگ جلویی (AFE) بسیار یکپارچه است که به طور خاص برای کاربردهای پیشرفته سلامت و تناسب اندام که نیازمند اکتساب سیگنال فیزیولوژیکی قوی هستند، توسعه یافته است. این دستگاه عملکردهای ضروری لازم برای اندازهگیریهای فوتوپلتیسموگرافی و الکتروکاردیوگرام را در یک بسته واحد ترکیب میکند.
این تراشه سیگنالهای آنالوگ خام را که از فوتودیودهای نوری و الکترودهای ECG منشأ میگیرند، پردازش میکند و آنها را به دادههای دیجیتال دقیق و مناسب برای تجزیه و تحلیل بیشتر توسط یک پردازنده میزبان تبدیل میکند. نقش کلی آن در یک سیستم الکترونیکی این است که به عنوان رابط اصلی بین این حسگرهای فیزیولوژیکی حیاتی و واحد پردازش دیجیتال عمل کند.
این سطح از یکپارچگی، طراحی و ساخت دستگاههای پوشیدنی فشرده و کارآمد در مصرف انرژی را که نیازمند ثبت قابل اعتماد و دقیق علائم حیاتی مختلف برای سناریوهای پایش گوناگون هستند، ساده میکند.
کاربردها
- پایشگرهای سلامت و تناسب اندام پوشیدنی
- پایش نوری ضربان قلب
- پالس اکسیمتری
- پایش فشار خون (از PPG)
- ECG برای پایش نوسانات ضربان قلب و تشخیص آریتمی
- ساعتهای هوشمند و مچبندهای تناسب اندام
- پایش فیزیولوژیکی مداوم
ویژگیهای کلیدی
- AFE از نوع PPG یکپارچه با ۶ ورودی فوتودیود و ۸ درایور LED
- AFE از نوع ECG تکلیدی یکپارچه
- مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) ۲۴ بیتی با وضوح بالا
- سه منبع جریان LED قابل برنامهریزی تا ۲۰۰ میلیآمپر
- پنج منبع جریان LED عمومی تا ۵۰ میلیآمپر
- مصرف برق کم: ۳۰۰ میکروآمپر (معمولی) برای اکتساب PPG و ECG
- نسبت سیگنال به نویز (SNR) بالای ۱۰۰ دسیبل (معمولی) برای PPG
- نویز ورودی مرجع ۰.۸ میکروولت پیک تا پیک (معمولی) برای ECG
- نسبت حذف حالت مشترک (CMRR) بالای ۱۰۰ دسیبل (معمولی) برای ECG
- حذف نور محیط (ALC) اختصاصی برای کانالهای نوری
- رابط دیجیتال SPI برای پیکربندی و خواندن داده
مزایا
- امکان پایش فیزیولوژیکی چندپارامتری همزمان یا متوالی از یک تراشه واحد را فراهم میکند.
- تعداد قطعات خارجی را به دلیل یکپارچگی بالای درایورهای LED، ورودیهای PD و عملکرد ADC کاهش میدهد.
- برای مصرف برق کم بهینهسازی شده و عمر باتری را در کاربردهای قابل حمل و پوشیدنی افزایش میدهد.
- دقت و یکپارچگی سیگنال بالا را برای اندازهگیریهای حیاتی علائم حیاتی (PPG و ECG) ارائه میدهد.
- طراحیهای فشرده و مینیاتوری را به دلیل معماری یکپارچه و بسته کوچک خود تسهیل میکند.
- گزینههای پیکربندی انعطافپذیر را برای تنظیمات مختلف سنجش نوری و الزامات اندازهگیری ارائه میدهد.
محدودیتها
- برای پیکربندی دستگاه، پردازش داده و کنترل کلی سیستم به یک واحد میکروکنترلر (MCU) خارجی نیاز دارد.
- عملکرد بهینه اندازهگیریهای نوری مستلزم انتخاب و یکپارچهسازی دقیق اجزای فوتودیود و LED خارجی است.
- عملکرد ECG یکپارچه به پیکربندی تکلیدی محدود میشود.
- عملکرد میتواند تحت تأثیر آرتیفکتهای حرکتی و تداخل نور محیط قرار گیرد و نیازمند طراحی مکانیکی قوی و الگوریتمهای نرمافزاری پیشرفته است.
Key Technical Specifications
| Parameter | Value | Unit |
|---|---|---|
| Supply Voltage (Analog) | 1.7 to 1.9 | V |
| Supply Voltage (Digital) | 1.7 to 1.9 | V |
| Power Consumption (PPG+ECG @ 25SPS) | 300 (Typical) | µA |
| ADC Resolution | 24 | bits |
| PPG Photodiode Inputs | 6 | channels |
| PPG LED Drivers (High Current) | 3 (up to 200mA) | channels |
| PPG LED Drivers (Low Current) | 5 (up to 50mA) | channels |
| ECG Channels | 1 | channel |
| ECG Input-Referred Noise | 0.8 (Typical) | µVpp |
| ECG Common-Mode Rejection Ratio | 100 (Typical) | dB |
| Operating Temperature Range | -20 to 85 | °C |
| Digital Interface | SPI | N/A |
| Package Type | DSBGA | 49-ball (2.9-mm × 2.7-mm) |
معماری داخلی
AFE49I30 زیرسیستمهای تخصصی متعددی را یکپارچه میکند تا سیگنالهای فیزیولوژیکی نوری و الکتریکی را به طور کارآمد پردازش کند. برای اندازهگیریهای فوتوپلتیسموگرافی (PPG)، معماری شامل یک مرحله تقویتکننده جریان به ولتاژ است که پس از آن یک فیلتر پایینگذر قرار دارد و در نهایت به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) ۲۴ بیتی با وضوح بالا ختم میشود. یک بلوک اختصاصی حذف نور محیط (ALC) جریانهای ورودی فوتودیود را قبل از تقویت پردازش میکند تا تداخل را به حداقل برساند. این دستگاه همچنین شامل چندین درایور LED قابل برنامهریزی است تا با دقت بافت مورد نظر را روشن کند. برای اندازهگیریهای الکتروکاردیوگرام (ECG)، یک تقویتکننده ابزار دقیق کمنویز مستقیماً سیگنالها را از الکترودهای خارجی دریافت میکند که سپس توسط همان ADC با وضوح بالا مشترک، دیجیتالی میشوند. یک زمانبند انعطافپذیر عملکرد همزمان LEDها، فوتودیودها و ADC را هماهنگ میکند، در حالی که یک واحد کنترل دیجیتال رابط سریال محیطی (SPI) را برای پیکربندی و انتقال داده بدون نقص با یک میکروکنترلر خارجی مدیریت میکند.
سوالات فنی متداول
س: حداکثر جریان درایو LED که AFE49I30 پشتیبانی میکند چقدر است؟
ج: AFE49I30 دارای سه درایور LED پرجریان است که هر کدام قادر به تامین تا ۲۰۰ میلیآمپر هستند، و پنج درایور LED عمومی که هر کدام قادر به تامین تا ۵۰ میلیآمپر هستند، که امکان پیکربندیهای نوری انعطافپذیر را برای مطابقت با کاربردهای مختلف فراهم میکند.س: آیا AFE49I30 میتواند اندازهگیریهای PPG و ECG را به طور همزمان انجام دهد؟
ج: بله، AFE49I30 برای پشتیبانی از اکتساب همزمان دادههای PPG و ECG طراحی شده است. این قابلیت امکان ثبت همزمان چندین پارامتر فیزیولوژیکی را فراهم کرده و پایش جامع علائم حیاتی را تسهیل میکند.س: رابط ارتباطی اصلی برای پیکربندی AFE49I30 و خواندن دادهها چیست؟
ج: رابط دیجیتال اصلی برای AFE49I30 یک SPI (رابط سریال محیطی) ۴ سیمه است. این رابط برای برنامهریزی رجیستر، کنترل دستگاه و خواندن دادههای دیجیتالی شده PPG و ECG به یک میکروکنترلر میزبان استفاده میشود.س: مصرف برق معمولی AFE49I30 در طول اکتساب فعال چقدر است؟
ج: AFE49I30 در طول اکتساب ترکیبی PPG و ECG با نرخ نمونهبرداری ۲۵ نمونه در ثانیه (SPS)، جریان معمولی ۳۰۰ میکروآمپر مصرف میکند که برای دستگاههای پوشیدنی با باتری بهینه شده است.
اجزای مشابه / جایگزین
- AFE4950: Texas Instruments – AFE از نوع PPG و ECG یکپارچه با مصرف بسیار کم.
- AFE4900: Texas Instruments – راهحل AFE از نوع PPG و ECG یکپارچه مشابه.
- AFE4420: Texas Instruments – AFE از نوع PPG با عملکرد بالا و درایورهای LED یکپارچه.
- AFE4404: Texas Instruments – AFE از نوع PPG یکپارچه برای کاربردهای سنجش نوری.
جدول منابع
| نوع منبع | لینک رسمی تولید کننده |
|---|---|
| برگه اطلاعات (Datasheet) | AFE49I30 Integrated PPG/ECG AFE for Wearable Health Applications (Rev. A) |
| صفحه محصول | AFE49I30 Product Page |
| یادداشتهای کاربردی (Application Notes) | N/A |
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 لزوماً همه قطعات معرفیشده در اینجا 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 در تماس باشید.