EmmaChen

单导联心率监护模拟前端AD8232常见问题

EmmaChen 在 2016-12-21 建立的討論區
最後回覆由lansebuluo於2016-12-21提供

AD8232,一款用于ECG及其他生物电测量应用的集成信号调理模块,用于在具有运动或远程电极放置产生的噪声的情况下提取、放大及过滤微弱的生物电信号。该器件曾获最佳电子产品设计奖以及EDN百款热门产品奖。作为一款热门器件,使用AD8232时您都遇到过哪些问题?

 

今天版主为大家分享下AD8232的一些常见问题,供大家在使用该芯片时参考~

 

问题1、AD8232 的解决方案是交流耦合还是直流耦合

是交流耦合的。AD8232 内部结构集成了交流耦合。

 

交流耦合系统可以去除电极造成的半电池电位的直流信号的影响。去除了直流成分,系统后级的放大器可以对感兴趣的信号做大增益倍数的放大。交流耦合信号处理放大后,中低分辨率的 ADC 可以满足设计要求,很多 MCU 集成的 ADC 就可以满足要求。

 

DC 耦合的方案受到放大倍数的限制,信号调理后信号幅值比较小,需要高分辨率的 ADC 以到达相同的动态范围。高分辨率的 ADC 通常更贵,体积更大,功耗更高。

 

AC 耦合或 DC 耦合需要根据系统需求选择,没有好坏的区别。AC 耦合的设计的功耗会较 DC 耦合低一些。

 

问题2. AD8232 介绍是单导联解决方案。单导联是什么意思,使用两个电极、三个电极还是更多电极?

AD8232 是单导联解决方案,它放大滤波处理一对两片电极的差分信号。一个导联最少需要两个电极,可以使用第三个电极作为右腿驱动,来抑制共模干扰。

 

总之,AD8232 只能作为单导联解决方案,使用两电极或者三电极

 

问题3. 可以使用 AD8232做多导联 ECG 诊断设备吗

诊断 ECG 设备医院诊室、病房床旁、ICU 等位置见到。它需要低噪声、宽带宽、非常好的信号质量。

 

AD8232 主要设计心率检测,以及一些 ECG 监测应用比如家用 ECG 设备、运动设备,以及新兴应用如游戏娱乐设备、汽车、笔记本、移动电话、手表等。对于诊断 ECG 应用,可以参考 ADI 的 ADAS1000 系列产品:http://www.analog.com/cn/products/application-specific/medical/ecg.html

 

问题4. 怎样 快速 设计 AD8232 的滤波器

AD8232 页面可以下载 AD8232 Filter Design Tool 设计工具。这个工具通过图形化的界面帮助用户进行带通滤波器设计,帮助用户对需要的外部电阻电容取值。

 

至少需要一阶高通滤波器,也可以选择使用二阶、三阶高通滤波器。低通滤波器可选,推荐使用。

 

问题5.不同应用对滤波器有哪些要求

可以从两个设计结构开始:

对于只测量心率,ECG 信号波形形状并不重要的应用,可以使用较窄的带通滤波器。推荐使用 7Hz 到 25Hz 的滤波器。频率低于 7Hz 的信号被衰减,可以有效抑制活动的影响,推荐用于运动应用中。

QQ截图20161221160931.png

对于 ECG 波形形状重要的应用中,推荐使用 0.5Hz 到 40Hz 的滤波器。因为一些低频信号可以通过滤波器,所以这个设计对运动伪影和基线漂移比价敏感。

QQ截图20161221160941.png

对元器件数量和失真进行权衡可以使用两阶滤波器。一阶滤波器使用更少的元器件,滤波器滚降更慢;需要滤波器更陡峭可以额外添加一阶 RC 使用三阶滤波器。

 

问题6.快速恢复功能有什么好处

AD8232 是交流耦合的解决方案,它使用高通滤波器滤除直流和接近直流频率的信号。因为截止频率比较低,可以是 1Hz 或者更低,去除直流信号的建立时间时间会比较长。例如在连接被测者后,测量可能需要几秒钟的延迟时间。这种情况在每次失去连接或者电极因为运动接触不良时都会发生。

 

如果快速恢复功能被使用,快速恢复电路自动检测信号丢失,提高高通滤波器的截止频率。使得建立时间缩短。这个功能通过控制一个小电阻和外部的大电阻并联实现。

 

当信号建立后,器件自动切换回到正常模式。AD8232 的快速恢复功能自动完成,不需要外部控制器参与控制。

 

问题7.右腿驱动放大器是做什么用的,需要怎么使用

右腿驱动电路可以消除影响生物电信号测量的共模信号干扰。为了提高性能,推荐使用三电极的解决方案,第三个电极提供右腿驱动放大器的输出。

 

两电极的系统,右腿驱动放大器输出不连接电极,通过上拉电阻连接到 VIN+ 和VIN-。电路性能介于两电极和三电极解决方案中间。

QQ截图20161221161028.png

连接导联线比较短的心率监测应用,比如胸带式心率检测,可以不使用右腿驱动放

大器。

 

问题8. 右腿驱动是怎么工作的

生物电信号检测的一个挑战是抑制人体、电极以及导线带来的共模电压的影响。这也是为什需要使用有高共模抑制比的仪表放大器。

 

通过电容耦合的 50/60Hz 工频电信号是主要的共模干扰来源。人体是良导体,在有市电环境周围,可以想象成通过分布电容连接到供电线。当人体靠近电气设备(比如医院床旁监护设备、手术设备等)或系统导联线比较长,干扰信号会增强。

 

降低干扰的一个方法是驱动人体到已知的电平来代替浮动电平。可以通过使用一个直流电压驱动来实现,通过根据共模电压动态驱动可以提高性能。可以监测两电极的共模电压变化,通常根据一个参考电压反向(常选择供电电压一半)驱动回给人体。

QQ截图20161221161035.png

 

ps.咱们论坛汇总有关AD8232的提问也不少呢,有兴趣的可点击https://ezchina.analog.com/search.jspa?q=AD8232  查看。

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