心电图 (ECG)

心电图 (ECG) 集成电路和参考设计

设计注意事项

TI 的全新 ADS1298 采用 8 个通道的 PGA 以及一个单独的 24 位 Δ-Σ ADC;威尔逊中心终端、功能增强的戈德伯格终端及其放大器,实现了完全标准的 12 导 ECG 集成模拟前端。与分立实施相比,ADS1298 缩减了组件数并降低了高达 95% 的功耗,每通道仅需 1mW 的功效,同时客户还可获得最高级别的诊断准确度 [观看视频]

ECG 系统功能与发展

ECG 机的基本功能包括 ECG 波形显示(通过 LCD 显示屏或印刷纸媒质显示)、心跳律动指示以及通过按钮控制的简单用户界面。越来越多的 ECG 产品要求具备更多的功能,例如通过便携式媒体存储电子病历、无线/有线传输以及在具有触摸功能的大型 LCD 显示屏上显示 2D/3D 图像。多级诊断功能正在帮助没有受过专门 ECG 培训的医护人员掌握 ECG 模式及某些心脏病的信号指示。在采集并数字化 ECG 信号之后,将发送这些信号以进行显示和分析,其中包括进一步的信号处理。

信号采集挑战:

  • 大的直流偏移和多种干扰信号的出现会导致 ECG 信号的测量面临挑战。典型电极的电压最高可达 300mV。干扰信号包含来自电源的 50/60Hz 干扰、病人活动导致的运动伪影、电外科设备、除颤脉冲、起搏器脉冲及其它监控设备等引起的射频干扰。
  • ECG 内所需的准确度会随终端设备的变化而有所不同:
    • 标准监控设备需要 0.05-30Hz 之间的频率
    • 诊断设备需要 0.05-1000Hz 之间的频率
  • 可以借助能消除两输入端 AC 线常见噪声的高输入阻抗仪表放大器 (INA) 抵消一些 50Hz/60Hz 共模干扰。为了进一步消除输电线供电噪声,信号凭借放大器通过右腿被反向并向病人驱回。只需少许微电流甚至更少即可实现显著的 CMR 改进并保持在 UL544 限制之内。此外还会使用 50/60Hz 数字陷波滤波器进一步降低干扰。
  • 模拟前端选项:

  • 优化功耗和模拟前端的 PCB 面积对于便携式 ECG 而言非常关键。技术改进后,当前提供了多种前端选项:
    • 使用低分辨率 ADC(需要所有滤波器)
    • 使用高分辨率 ADC(需要较少滤波器)
    • 使用 Σ-Δ ADC(无需滤波器、除 INA 之外的放大器、直流偏移)
    • 使用顺序和同步采样方法。
  • 使用低分辨率(16 位)ADC 时,信号需要被显著增益(增幅通常为 100–200 倍)以达到必要的分辨率。使用高分辨率(24 位)Σ-Δ ADC 时,信号需要 4–5 倍的适度增益。因此可以除去消除直流偏移所需的第二增益级和电路。这将实现面积与成本上的整体缩减。Σ-Δ 方法还将保留信号的整个频率内容,并为数据后期处理提供充分的灵活性。
  • 借助顺序方法,创建 ECG 引线的单个通道可被复用到一个 ADC。这样一来,相邻通道间必然会存在偏移。借助同步采样方法即可将专用 ADC 用于每个通道,因此通道之间不存在前面提及的偏移。

技术文章

应用手册和用户指南

应用手册 (4)

标题 摘要 类型 大小 (KB) 日期 查看次数 下载最新英文版本
HTM 8 KB 2018年 3月 9日 0
HTM 9 KB 2012年 2月 14日 0 查看英文版本 (Rev.A)
HTM 8 KB 2011年 5月 3日 0
HTM 8 KB 2010年 4月 13日 0

产品公告和白皮书

白皮书 (1)

标题 摘要 类型 大小 (MB) 日期 查看次数 下载最新英文版本
PDF 690 KB 2014年 8月 4日 0

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