ZHCU476B May   2019  – October 2020

 

  1.   说明
  2.   资源
  3.   特性
  4.   应用
  5.   5
  6. 1系统说明
    1. 1.1 使用 TIDA-01580 测量的参数简介
    2. 1.2 高级系统说明
    3. 1.3 典型应用
    4. 1.4 系统规格和设计特性
    5. 1.5 主要系统规格
  7. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 主要产品
      1. 2.2.1 AFE4900
      2. 2.2.2 CC2640R2F
      3. 2.2.3 TPS61099
      4. 2.2.4 TPS63036
      5. 2.2.5 TPD1E10B06
    3. 2.3 系统设计理论与设计注意事项
      1. 2.3.1  AFE4900 和电源
      2. 2.3.2  CC2640R2F 微控制器
      3. 2.3.3  PPG 测量
      4. 2.3.4  ECG 测量
        1. 2.3.4.1 两电极配置
        2. 2.3.4.2 三电极配置
      5. 2.3.5  选择用于驱动 LED 的 TX 电源（TX_SUP）值
      6. 2.3.6  生成用于驱动 LED 的 TX 电源电压
        1. 2.3.6.1 对输出电压进行编程
        2. 2.3.6.2 最大输出电流
        3. 2.3.6.3 输入和输出电容器选型
        4. 2.3.6.4 开关频率
        5. 2.3.6.5 TPS61099 升压转换器的 WEBENCH® 仿真
      7. 2.3.7  为 AFE4900 生成 RX 电源电压
        1. 2.3.7.1 设置输出电压
        2. 2.3.7.2 电容器选型
        3. 2.3.7.3 输出电流限制
        4. 2.3.7.4 电感器选型
        5. 2.3.7.5 TPS63036 的 TINA-TI™ 仿真
      8. 2.3.8  生成 I/O 电源电压
      9. 2.3.9  电池输入和充电电容器
      10. 2.3.10 电池寿命计算
        1. 2.3.10.1 AFE4900 电流消耗
        2. 2.3.10.2 CC2640R2F 电流消耗
        3. 2.3.10.3 导通状态电流计算
        4. 2.3.10.4 关断状态电流计算（考虑电池电压 = 3V）
      11. 2.3.11 外部存储器
      12. 2.3.12 LED 指示
      13. 2.3.13 传感器板与 ECG 板之间的连接
  8. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 需要的硬件和软件
      1. 3.1.1 硬件
        1. 3.1.1.1 将光学传感器和 ECG 板连接至主板
        2. 3.1.1.2 PPG 传感器板之间的差异
      2. 3.1.2 软件
        1. 3.1.2.1 TIDA-01580 板的软件加载（BLE 的发送端）
        2. 3.1.2.2 为检查测量数据执行 LabVIEW™ 文件（BLE 的接收端）
    2. 3.2 测试和结果
      1. 3.2.1 测试设置
      2. 3.2.2 测试结果
        1. 3.2.2.1 使用 PPG（绿色 LED）和 ECG 测量心率
        2. 3.2.2.2 使用红色和红外 LED 测量 SpO2
        3. 3.2.2.3 PTT 测量
        4. 3.2.2.4 导联脱落检测
          1. 3.2.2.4.1 交流导联脱落检测
          2. 3.2.2.4.2 直流导联脱落检测
        5. 3.2.2.5 低电池电量指示
        6. 3.2.2.6 直流/直流转换器的波形
        7. 3.2.2.7 电池寿命测试
  9. 4设计文件
    1. 4.1 原理图
    2. 4.2 物料清单
    3. 4.3 PCB 布局建议
      1. 4.3.1  主板布局
      2. 4.3.2  PD 与 AFE 之间的连接
      3. 4.3.3  LED 与 AFE 之间的连接
      4. 4.3.4  ECG PAD 与 AFE 之间的连接
      5. 4.3.5  BT 与 AFE 之间的连接
      6. 4.3.6  BT 天线与芯片之间的连接
      7. 4.3.7  升压转换器
      8. 4.3.8  降压/升压转换器
      9. 4.3.9  PPG 传感器板布局
      10. 4.3.10 ECG 传感器板布局
      11. 4.3.11 布局图
    4. 4.4 Altium 工程
    5. 4.5 光绘文件
    6. 4.6 装配图
  10. 5软件文件
  11. 6相关文档
    1. 6.1 商标
  12. 7关于作者
  13.   Revision History

2.3.10.1 AFE4900 电流消耗

AFE4900 器件的电流消耗取决于采样率（例如，针对 ECG 和 PPG 在 1kHz 采样率下的 PTT 模式）。

典型规格的条件为 TA = 25℃；TX_SUP = 5V，RX_SUP = 1.8V（CONTROL1 = 1.8V，以绕过内部 LDO），IO_SUP = 1.8V，CLK 引脚上具有 32kHz 时钟的外部时钟模式（周期 = tTE = 31.25µs），AFE 在启用 ULP 模式的情况下运行（ENABLE_ULP = 1）；PPG：1kHz 采样率，3 x tTE 的 SAMP 宽度，4 x tTE 的 LED ON 宽度，所选 CF 使 SAMP 宽度内有 7 至 8 个 TIA 时间常数，NUMAV = 1（2 个 ADC 平均值），降噪滤波器带宽设置为 2.5kHz，CIN = 100pF（输入引脚之间的电容器，用于为 PD 的零偏置差动电容建模）；ECG：1kHz 采样率，12 的INA 增益，启用斩波模式（除非另有说明）。

表 2-8 AFE4900 在不同模式下的电流消耗
参数测试条件最小值典型值最大值单位
电流消耗
排除通过 I2C 或 SPI 读取的开关电流之后的 RX_SUP 电流(5)低 PRF PPG 信号采集(3)50µA
高 PRF ECG、PPG 信号采集(4)600
硬件断电（PWDN）模式(2)< 1
软件断电（PDNAFE）模式(2)15
通过 I2C 读取的开关电流产生的 RX_SUP 电流在 50Hz 的 PRF 下，通过启用 FIFO、FIFO_PERIOD = 60、
FIFO_NPHASE = 4 的 FIFO 读取(6)		6µA
断电模式0
IO_SUP 电流低 PRF PPG 信号采集(3)1µA
高 PRF ECG、PPG 信号采集(3)1
硬件断电（PWDN）模式(2)< 1
软件断电（PDNAFE）模式(2)< 1
TX_SUP 电流低 PRF PPG 信号采集(3)4µA
高 PRF ECG、PPG 信号采集(4)20
硬件断电（PWDN）模式(2)(1)< 1
软件断电（PDNAFE）模式(2)(1)< 1
数字输入
VIH高电平输入电压不包含 CONTROL1、I2C_SPI_SEL 的数字输入0.9 x IO_SUPIO_SUPV
CONTROL1 和 I2C_SPI_SEL(7)0.85 x RX_SUPRX_SUP
VIL低电平输入电压不包含 CONTROL1、I2C_SPI_SEL 的数字输入00.1 x IO_SUPV
CONTROL1 和 I2C_SPI_SEL(7)00.1 x RX_SUP
数字输出
VOH高电平输出电压IO_SUPV
VOL低电平输出电压0V
(1) LED 电流设置为 0mA
(2) 外部时钟关闭。
(3) 以 50Hz PRF 在 PPG 模式下采集四个阶段的信号。
(4) 针对 ECG 和 PPG 在 1kHz 采样率下的 PTT 模式。
(5) 在 SPI 模式下运行时，用于 FIFO 读取的额外电流可忽略不计。
(6) 该电流取决于 I2C_CLK 处于低电平的时间百分比并随 FIFO_NPHASE 和 PRF 进行缩放。在 SPI 接口模式下运行时，该额外的电流分量可忽略不计。
(7) 如果满足 VIH、VIL 电平，也可以直接由 MCU（具有 IO_SUP 电平）驱动 CONTROL1 和 I2C_SPI_SEL。
GUID-F8DB2D00-717D-470D-BB19-645F48D7A218-low.gif图 2-19 AFE4900 在 LDO 启用模式下的电流消耗

TX_SUP 电流在正常工作条件（电流为 100mA，占空比为 10%）下的取值为 3mA – 最坏情况。

在自然通风条件下的工作温度范围内（除非另有说明）。

表 2-9 LED 驱动电流和占空比
参数(1)(2)最小值最大值单位
电源电压范围RX_SUP 至 GND
绕过 LDO		–0.32.1V
RX_SUP 至 GND
启用 LDO(3)		–0.34
IO_SUP 至 GND–0.3最小值 [4,(RX_SUP+0.3)]
TX_SUP 至 GND–0.36
施加到模拟输入的电压最大值 [–0.3, (GND – 0.3)]最小值 [4.0, (RX_SUP + 0.3)]V
施加到数字输入的电压最大值 [–0.3, (GND – 0.3)]最小值 [4.0, (IO_SUP + 0.3)]V
最大占空比（累计）：所有 LED 阶段持续时间的总和（作为总周期的函数）50mA LED 电流10%
100mA LED 电流3%
200mA LED 电流1%
结温，TJ105℃
贮存温度，Tstg–60150℃
(1) 应力超出绝对最大额定值 下所列的值可能会对器件造成永久损坏。这些仅仅是应力额定值，并不表示器件在这些条件下以及在建议运行条件 以外的任何其他条件下能够正常运行。长时间处于绝对最大额定条件下可能会影响器件的可靠性。
(2) 如果经历额外的处理步骤（例如进行 PCB 组装或产品制造），则避免器件接触紫外线辐射以及高温（350℃ 及更高）。
(3) 仅当 CONTROL1 引脚的电压为 0 时才能对 RX_SUP 施加高于 2.1V 的电压。

RX_SUP 和 IO_SUP 的取值为 700µA（600µA + 10µA（I/O）+ 50µA（启用 LDO）+ 40µA（缓冲器））。