ZHCS313K January   2010  – August 2015 ADS1294 , ADS1294R , ADS1296 , ADS1296R , ADS1298 , ADS1298R

PRODUCTION DATA.  

  1. 1 特性
  2. 2 应用
    1.     简化电路原理图
  3. 3 说明
  4. 4 修订历史记录
  5. 5 器件比较表
  6. 6 引脚配置和功能
    1.     引脚功能：NFBGA 封装
    2.     引脚功能：TQFP 封装
  7. 7 规格
    1. 7.1 绝对最大额定值
    2. 7.2 ESD 额定值
    3. 7.3 建议的工作条件
    4. 7.4 热性能信息
    5. 7.5 电气特性
    6. 7.6 时序要求：串行接口
    7. 7.7 开关特性：串行接口
    8. 7.8 典型特性
  8. 8 参数测量信息
    1. 8.1 噪声测量
  9. 9 详细 说明
    1. 9.1 概要
    2. 9.2 功能方框图
    3. 9.3 特性 说明
      1. 9.3.1 模拟功能
        1. 9.3.1.1 EMI 滤波器
        2. 9.3.1.2 模拟输入结构
        3. 9.3.1.3 输入多路复用器
          1. 9.3.1.3.1 器件噪声测量
          2. 9.3.1.3.2 测试信号（TestP 和 TestN）
          3. 9.3.1.3.3 辅助差分输入（TESTP_PACE_OUT1、TESTN_PACE_OUT2）
          4. 9.3.1.3.4 温度传感器（TempP、TempN）
          5. 9.3.1.3.5 电源测量（MVDDP、MVDDN）
          6. 9.3.1.3.6 导联脱落激励信号（LoffP、LoffN）
          7. 9.3.1.3.7 辅助单端输入
        4. 9.3.1.4 模拟输入
        5. 9.3.1.5 PGA 设置和输入范围
          1. 9.3.1.5.1 输入共模范围
          2. 9.3.1.5.2 输入差分动态范围
          3. 9.3.1.5.3 ADC Δ-Σ 调制器
        6. 9.3.1.6 基准
        7. 9.3.1.7 ECG 专用功能
          1. 9.3.1.7.1 输入多路复用器（重新路由右腿驱动信号）
          2. 9.3.1.7.2 输入多路复用器（测量右腿驱动信号）
          3. 9.3.1.7.3 威尔逊中心端子 (WCT) 和胸导联
            1. 9.3.1.7.3.1 增强的导联
            2. 9.3.1.7.3.2 具有 WCT 点的右腿驱动
          4. 9.3.1.7.4 导联脱落检测
            1. 9.3.1.7.4.1 直流导联脱落
            2. 9.3.1.7.4.2 交流导联脱落
          5. 9.3.1.7.5 RLD 导联脱落
          6. 9.3.1.7.6 右腿驱动 (RLD) 直流偏置电流
            1. 9.3.1.7.6.1 WCT 用作 RLD
            2. 9.3.1.7.6.2 使用多个器件的 RLD 配置
          7. 9.3.1.7.7 起搏信号检测
            1. 9.3.1.7.7.1 软件方法
            2. 9.3.1.7.7.2 外部硬件方法
          8. 9.3.1.7.8 呼吸
            1. 9.3.1.7.8.1 外部呼吸电路 (RESP_CTRL = 01b)
            2. 9.3.1.7.8.2 具有内部时钟的内部呼吸电路（RESP_CTRL = 10b，仅限 ADS129xR）
            3. 9.3.1.7.8.3 具有用户生成的信号的内部呼吸电路（RESP_CTRL = 11b，仅限 ADS129xR）
      2. 9.3.2 数字功能
        1. 9.3.2.1 GPIO 引脚 (GPIO[4:1])
        2. 9.3.2.2 关断引脚 (PWDN)
        3. 9.3.2.3 复位（RESET 引脚和复位命令）
        4. 9.3.2.4 数字抽取滤波器
          1. 9.3.2.4.1 Sinc 滤波器级 (sinx/x)
        5. 9.3.2.5 时钟
    4. 9.4 器件功能模式
      1. 9.4.1 数据采集
        1. 9.4.1.1 启动模式
          1. 9.4.1.1.1 建立时间
        2. 9.4.1.2 数据就绪引脚 (DRDY)
        3. 9.4.1.3 数据检索
          1. 9.4.1.3.1 状态字
          2. 9.4.1.3.2 读回长度
          3. 9.4.1.3.3 数据格式
        4. 9.4.1.4 单冲模式
        5. 9.4.1.5 连续转换模式
      2. 9.4.2 多器件配置
        1. 9.4.2.1 级联配置
        2. 9.4.2.2 菊花链配置
    5. 9.5 编程
      1. 9.5.1 SPI 接口
        1. 9.5.1.1 片选引脚 (CS)
        2. 9.5.1.2 串行时钟 (SCLK)
          1. 9.5.1.2.1 SCLK 计时方法
        3. 9.5.1.3 数据输入引脚 (DIN)
        4. 9.5.1.4 数据输出引脚 (DOUT)
      2. 9.5.2 SPI 命令定义
        1. 9.5.2.1  WAKEUP：退出待机模式
        2. 9.5.2.2  STANDBY：进入待机模式
        3. 9.5.2.3  RESET：将寄存器重置为默认值
        4. 9.5.2.4  START：开始转换
        5. 9.5.2.5  STOP：停止转换
        6. 9.5.2.6  RDATAC：连续读取数据
        7. 9.5.2.7  SDATAC：停止连续读取数据
        8. 9.5.2.8  RDATA：读取数据
        9. 9.5.2.9  发送多字节命令
        10. 9.5.2.10 RREG：从寄存器进行读取
        11. 9.5.2.11 WREG：对寄存器进行写入
    6. 9.6 寄存器映射
      1. Table 16. 寄存器分配
      2. 9.6.1     寄存器说明
        1. 9.6.1.1  ID：ID 控制寄存器（地址 = 00h）（复位 = xxh）
          1. Table 17. ID 控制寄存器字段说明
        2. 9.6.1.2  CONFIG1：配置寄存器 1（地址 = 01h）（复位 = 06h）
          1. Table 18. 配置寄存器 1 字段说明
        3. 9.6.1.3  CONFIG2：配置寄存器 2（地址 = 02h）（复位 = 40h）
          1. Table 19. 配置寄存器 2 字段说明
        4. 9.6.1.4  CONFIG3：配置寄存器 3（地址 = 03h）（复位 = 40h）
          1. Table 20. 配置寄存器 3 字段说明
        5. 9.6.1.5  LOFF：导联脱落控制寄存器（地址 = 04h）（复位 = 00h）
          1. Table 21. 导联脱落控制寄存器字段说明
        6. 9.6.1.6  CHnSET：各个通道设置（n = 1 至 8）（地址 = 05h 至 0Ch）（复位 = 00h）
          1. Table 22. 各个通道设置（n = 1 至 8）字段说明
        7. 9.6.1.7  RLD_SENSP：RLD 正信号导出寄存器（地址 = 0Dh）（复位 = 00h）
          1. Table 23. RLD 正信号导出字段说明
        8. 9.6.1.8  RLD_SENSN：RLD 负信号导出寄存器（地址 = 0Eh）（复位 = 00h）
          1. Table 24. RLD 负信号导出字段说明
        9. 9.6.1.9  LOFF_SENSP：正信号导联脱落检测寄存器（地址 = 0Fh）（复位 = 00h）
          1. Table 25. 正信号导联脱落检测字段说明
        10. 9.6.1.10 LOFF_SENSN：负信号导联脱落检测寄存器（地址 = 10h）（复位 = 00h）
          1. Table 26. 负信号导联脱落检测字段说明
        11. 9.6.1.11 LOFF_FLIP：导联脱落翻转寄存器（地址 = 11h）（复位 = 00h）
          1. Table 27. 导联脱落翻转寄存器字段说明
        12. 9.6.1.12 LOFF_STATP：导联脱落正信号状态寄存器（地址 = 12h）（复位 = 00h）
          1. Table 28. 导联脱落正信号状态字段说明
        13. 9.6.1.13 LOFF_STATN：导联脱落负信号状态寄存器（地址 = 13h）（复位 = 00h）
          1. Table 29. 导联脱落负信号状态字段说明
        14. 9.6.1.14 GPIO：通用 I/O 寄存器（地址 = 14h）（复位 = 0Fh）
          1. Table 30. 通用 I/O 字段说明
        15. 9.6.1.15 PACE：起搏信号检测寄存器（地址 = 15h）（复位 = 00h）
          1. Table 31. 起搏信号检测寄存器字段说明
        16. 9.6.1.16 RESP：呼吸控制寄存器（地址 = 16h）（复位 = 00h）
          1. Table 32. 呼吸控制寄存器字段说明
        17. 9.6.1.17 CONFIG4：配置寄存器 4（地址 = 17h）（复位 = 00h）
          1. Table 33. 配置寄存器 4 字段说明
        18. 9.6.1.18 WCT1：威尔逊中心端子和增强导联控制寄存器（地址 = 18h）（复位 = 00h）
          1. Table 34. 威尔逊中心端子和增强导联控制字段说明
        19. 9.6.1.19 WCT2：威尔逊中心端子控制寄存器（地址 = 18h）（复位 = 00h）
          1. Table 35. 威尔逊中心端子控制字段说明
  10. 10应用和实现
    1. 10.1 应用信息
      1. 10.1.1 设置器件以进行基本数据采集
        1. 10.1.1.1 导联脱落
        2. 10.1.1.2 右腿驱动
        3. 10.1.1.3 起搏信号检测
      2. 10.1.2 建立输入共模
      3. 10.1.3 抗混叠
    2. 10.2 典型 应用
      1. 10.2.1 使用内部调制电路的 ADS129xR 呼吸测量
        1. 10.2.1.1 设计要求
        2. 10.2.1.2 详细设计流程
        3. 10.2.1.3 应用曲线
      2. 10.2.2 使用 ADS129x 上的 PACEOUT 引脚进行基于软件的人工起搏器检测
        1. 10.2.2.1 设计要求
        2. 10.2.2.2 详细设计流程
        3. 10.2.2.3 应用曲线
  11. 11电源建议
    1. 11.1 上电排序
    2. 11.2 连接到单极（3V 或 1.8V）电源
    3. 11.3 连接到双极（±1.5V 或 ±1.8V）电源
  12. 12布局
    1. 12.1 布局指南
    2. 12.2 布局示例
  13. 13器件和文档支持
    1. 13.1 相关链接
    2. 13.2 社区资源
    3. 13.3 商标
    4. 13.4 静电放电警告
    5. 13.5 术语表
  14. 14机械、封装和可订购信息

封装选项

机械数据 (封装 | 引脚)
散热焊盘机械数据 (封装 | 引脚)
订购信息

10.2.1.2 详细设计流程

要将 ADS129xR 配置为使用其内部调制电路，请设置 RESP 寄存器位 [6:7]，以启用内部调制和解调电路。RESP 寄存器位 [4:2] 决定解调阻塞信号的相位。要将器件配置为使用内部生成的信号进行内部呼吸测量，请将 RESP 寄存器位 [1:0] 配置为 10b。

当配置为使用内部电路时，RESP_MODP 和 RESP_MODN 引脚会产生 32kHz 或 64kHz 方波，具体取决于 CONFIG4 寄存器位 [7:5]。REP_MODP 和 RESP_MODN 引脚电压在指定频率的相反相位在 VREFP 和 VREFN 之间切换。

选择 R1 和 R2 时首先要识别该电路的理想行为。理想情况下，所有串联电容器都表现为对高频调制信号短路，并且电路中的任何位置都没有不理想的并联电容。Figure 98 显示了代表这些假设的等效电路。

ADS1294 ADS1294R ADS1296 ADS1296R ADS1298 ADS1298R dc_resp_sbas459.gifFigure 98. 呼吸调制电路的理想行为。

出现在通道 1 输入端的电压由电路中的电阻器形成的分压器设置。电阻器 RPP 表示电缆中的任何患者保护电阻；RElectrode 表示电极与人体之间的界面电阻；RBaseline 表示基准人体阻抗；ΔR 是呼吸引起的胸阻抗变化。假设 R1 和 R2 明显大于电路中的所有其他电阻器，然后将 RESP_MOD 引脚近似看作具有幅度 IMOD（根据Equation 9）的交流电流源的端子：

Equation 9. ADS1294 ADS1294R ADS1296 ADS1296R ADS1298 ADS1298R resp_eqn1_sbas459.gif

where

  • VREF 是在 RESP_MOD 引脚上产生的振幅为 VREFP – VREFN 的方波。

根据 IEC60601，频率为 32kHz 的患者电流必须限制在 100μA 以下；该限制将最小值置于 R1 和 R2 的组合上。

为了获得最佳性能，ADS129xR 的输入必须交流耦合并偏置到中间电源。执行该功能的组件对应于Figure 97 中的 C1、C5、R3、R4、R5 和 R6。ECG 干扰可能会耦合到通道 1 中。由于这种可能性，建议使这些组件的高通滤波器截止频率足够大，从而使 ECG 带宽显著衰减。相反，如果将截止频率设置为较高的值，那么载波信号可能衰减。

出现在通道 1 输入端的信号由 PGA 放大，然后馈送到内部解调模块。解调块从输入中移除方波，仅留下由呼吸引起的对应于 ΔR 的极低频波形，以及由 RPP、RElectrode 和 RBaseline 引起的偏移。Equation 10 描述了与人体阻抗变化相对应的调制器输出电压。

Equation 10. ADS1294 ADS1294R ADS1296 ADS1296R ADS1298 ADS1298R resp_eqn2_sbas459.gif

可通过使用由 ΔR 导致的 VRESP 振荡周期来测量呼吸率。确保 VRESP 的幅度始终大于 ADS129x 的无噪声分辨率。该幅度对 R1 和 R2 以及电缆阻抗 RPP 的大小施加了上限，并要求电极与体之间的连接具有高质量。

寄生并联电容通常会使高频率衰减，来自 PGA 的输出受到放大器带宽的限制。结果是载波的方形边缘成为圆形。为了更正该错误，ADS129xR 允许配置 RESP 寄存器中的 RESP_PH[2:0] 位。这些位控制解调相位，该解调相位会在调制和解调时钟之间引入相位延迟，以消除由电路中的低通元件引入的延迟。

最佳相位选择取决于系统特性。由输入路径中的电阻和电缆电容引入的时间常数是影响最佳呼吸率测量所需的相位量的系统级特性的示例。

Figure 99 显示了呼吸测试电路。Figure 100 和Figure 101 绘制了扫描基准阻抗、增益和相位时 ADS129xR 的通道 1 上的噪声。x 轴是基准阻抗，标准化为 29μA 调制电流（请参阅Equation 11）。

ADS1294 ADS1294R ADS1296 ADS1296R ADS1298 ADS1298R ai_resp_noise_test_bas459.gifFigure 99. 呼吸噪声测试电路
ADS1294 ADS1294R ADS1296 ADS1296R ADS1298 ADS1298R ai_ch1_noise-imp_32khz_clk_bas459.gif
BW = 150Hz，呼吸模块时钟 = 32kHz
Figure 100. 通道 1 噪声与 32kHz 调制时钟和相位的阻抗间的关系
ADS1294 ADS1294R ADS1296 ADS1296R ADS1298 ADS1298R ai_ch1_noise-imp_64khz_clk_bas459.gif
BW = 150Hz，呼吸模块时钟 = 64kHz
Figure 101. 通道 1 噪声与 64kHz 调制时钟和相位的阻抗间的关系
Equation 11. ADS1294 ADS1294R ADS1296 ADS1296R ADS1298 ADS1298R q_r-normalized_bas459.gif

where

  • RACTUAL 是基准人体阻抗。
  • IACTUAL 是调制电流，通过由 (VREFP – VREFN) 除以调制电路的阻抗计算得出。

例如，假设：

  • 调制频率 = 32kHz
  • RACTUAL = 3kΩ
  • IACTUAL = 50μA
  • RNORMALIZED = (3kΩ × 50μA)/29μA = 5.1kΩ

参阅Figure 100 和Figure 101 可知，在 6.4μVPP 下，增益 = 4 和相位 = 112.5° 可实现最佳性能。使用高阶 2Hz 截止频率对此信号进行低通滤波可将噪声降低至 600nVPP 以下。阻抗分辨率是 600nVPP/29μA = 20mΩ。当调制频率为 32kHz 时，使用增益 3 和 4 以及相位 112.5° 和 135°，以实现最佳性能。当调制频率为 64kHz 时，使用增益 2 和 3 以及相位 135° 和 157°，以实现最佳性能。