心电图 (ECG) 集成电路和参考设计

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。