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心电图(ECG)设计的六大挑战及应对策略(四)——如何才能达到ESD、环境和除颤器保护的要求

ADIForum 員工 在 2014-7-31 建立的討論區
最後回覆由ADIForum於2014-8-25提供

心电图(ECG)是一种常见的医疗记录,在许多恶劣的环境中,它也必须清晰可读并保持精确。随着ECG子系统越来越多地投入医院外应用,制造商面临着持续的降低系统成本并缩短开发时间,同时保持或提高性能水平的压力,这就给ECG设计工程师提出了相当严苛的要求:实现一种安全有效、 能够应对目标使用环境挑战的ECG子系统。

 

我们分六个部分来谈将遇到的设计挑战,以及应对之道。上周我们谈到的主题是“怎样才能满足模拟前端共模和差模的动态范围”(http://ezchina.analog.com/message/18709#18709本周主题——如何才能达到ESD、环境和除颤器保护的要求

 

设计工程师必须防止ECG前端受损。ECG系统需要内置保  护电路来应对静电放电、除颤器放电或其他过压过流事  件。人手模型模拟人手触摸设备的静电放电效应,它使用  一个1500 Ω电阻和一个100 pF串联电容来限制人手放电的电  流。充电电压决定可以施加的瞬时电压量以及如何限流。电  压可以超过18 kV。某些标准将该电压设定为较低的值8 kV。 

 

针对除颤器脉冲和ESD,多数ECG系统都有以人手模型为  基础的输入保护。除颤器保护电路具有多项要求:保持前  置放大器在工作频率下的CMR;从除颤电极/垫板分流5%  以下的除颤器输送能量;以及充分保护前置放大器电路,使得ECG在除颤器脉冲之后能够快速地通过显示器或纸带  记录图显示。在急救室(ER),1秒(或更短)的延迟是理想的响应时间。 

 

除颤器保护电路有两种形式。在第一种形式中,ECG电缆 是心脏监视除颤器的一部分,通常利用一系列电阻(额定功  率高压电阻)来限制流入ECG前端的电流。另外,在某些保  护电路中,保护电阻的ECG端具有氩灯或氙灯,用以将前  置放大器端电压限制在100 V以下。此外还有限压和限流器  件来确保ECG系统不会受损。设计师应当咨询能够看到此  高电压和电流的特殊仪表放大器(INA)或有源/无源电路的  制造商。硅控整流器(SCR)可提供一定程度的过压保护。  额定功率串联电阻可提供电流保护。还可以考虑限流器。 

 

如果没有某种形式的保护,多数有源器件将无法耐受ESD  测试相关的电压。为了确定所需的保护程度和建议的应对  措施,必须咨询有源器件的制造商。建议设计师了解FDA除  颤器保护用额定功率电阻的相关指南。某些设备正是因为这  些电阻的测量结果和额定值不当而被召回(由于设备故障报 告众多,FDA最近宣布其正在评估关于AED的管理规定)。 

 

为了帮助设计师设计分立式除颤器保护电路,ADI公司器 件已经过测试,能够耐受高水平的ESD和输入电流电压。ADAS1000 ECG AFE的封装引脚具有大ESD保护结构,已经  过评估,能够耐受最大的源/吸电流。

結果