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支撑超低功耗物联网节点信号处理规划的ECG前端IC

当系统设计师寻找高能效的信号调理器件时,他们可能会发现,市面上能够在100 uA电源电流下工作的IC很少,而其中具有小型封装的器件就更是屈指可数了。对于日益增多的无线传感器网络(WSN),电池寿命和电

当体系规划师寻觅高能效的信号调度器材时,他们或许会发现,市面上能够在100 uA电源电流下作业的IC很少,而其间具有小型封装的器材就更是寥寥无几了。关于日益增多的无线传感器网络(WSN),电池寿数和电路板空间逐步成为关键性标准,因而短少可供使用的选项或许会令人懊丧。在查找低功耗边际节点物联网器材的过程中,某些模仿前端IC(比方可穿戴产品的心率监测器)或许底子不会呈现,或因其针对特定使用而不予考虑。但是有一款ADI ECG前端IC,它能够作业于50 uA电源电流下并具有细巧的2 mm × 1.7 mm WLCSP封装,这款器材值得您在规划物联网节点使用时稍加考虑。假如更深化地研讨,人们会发现其灵敏架构实质上是一个外表扩大器(IA)和几个运算扩大器,可经过装备构成一些有用的超低功耗信号处理电路,其适用范围不只仅限于医疗或保健使用。

简化的单导联心电图(ECG)前端如图1所示。它包含一个直接电流方法IA,具有独立的传递函数:

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在此前端示例中,固定增益为100。IA的基准源由高通扩大器(HPA)驱动,该扩大器装备为反应网络中的积分器,其输入连接到IAOUT,经过外部电容和电阻设置截止频率。HPA将迫使HPDRIVE到达任何所需电压以坚持HPSENSE以及IAOUT处于基准电压。该电路构成一个一阶高通滤波器:

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关于确诊级ECG,截止频率一般设为0.05 Hz,而关于仅检测心率的保健使用,设为7 Hz或许比较适宜。高通滤波器函数能够解如安在扩大高频ECG信号(1 mV至2 mV)的一起按捺大直流半电池电位(因电极/皮肤触摸而导致)以及与ECG丈量相关的低频基线漂移的问题。因为直流半电池电位(高达300 mV)按捺发生在IA的输入端,因而这种架构能够取得很大的增益。另一个好处便是能够按捺IA的失谐和失调漂移。监测关于基准电压HPDRIVE将显现主动校对输入失调的反相方法。

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图1. 简化的单导联ECG前端。

尽管此规划的初衷是针对ECG使用,但实际上任何需求扩大低频小信号(I A带宽<1 kHz)的使用都可获益于其低功耗和小尺度。假如要进行直流丈量,则仅需对此电路进行简略修正。图2显现固定增益为100的直流耦合I A。便是将图1中的R和C去掉,并将HPSENSE短接到HPDRIVEA,从而使HPA成为一个单位增益缓冲器。这种方法也会迫使I A基准坚持基准电压。在此情况下应考虑到I A的失调电压。

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图2. 固定增益为100的直流耦合IA。

假如增益为100太高,或带宽为1 kHz太低,则可依照图3所示修正此电路。这时HPA装备为一个反相扩大器,增益为–R2/R1,其输入为IAOUT的反应。新的传递函数可简化如下:

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将HPA装备为衰减器(R2 < R1)可完成低于100的增益。因为差分输入的限值为300 mV,为保证电路的稳定性,主张增益不该低于10。下表中列出了一些可供考虑的增益装备。………..

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