AFE4960模擬前端芯片在臨床可穿戴設備中的應用
Texas Instruments AFE4960模擬前端 (AFE) 可配置為2通道ECG接收器、1通道ECG接收器或呼吸阻抗通道。AFE信號鏈可靈活連接多達4個電極。右腿驅動 (RLD) 放大器輸出可用于設置車身偏置。該AFE的直流引線偏置用于引線開/關檢測，交流引線偏置用于測量引線阻抗。一個通道支持起搏器脈沖檢測。
數據手冊：*附件：Texas Instruments AFE4960模擬前端 (AFE)數據手冊.pdf
所有信號鏈輸出均由一個ADC轉換為定義明確的時隙，并在128采樣FIFO中存儲為24位字，可通過SPI或I^2^C接口讀出。Texas Instruments AFE4960是一套全集成解決方案，用于實現3引線ECG系統(tǒng)。兩個并聯AFE的同步運行可用于實現5引線ECG。
特性
- 支持ECG和呼吸阻抗測量；可配置為雙通道ECG或單通道ECG + 一通道呼吸
- 可用于IEC 60601-2-47:2012/(R)2016和IEC 60601-2-27:2011(R)2016兼容系統(tǒng)
- 222μA/通道，用作雙通道ECG
- 在一個通道上集成步脈沖檢測功能
- 支持3引線ECG，可通過并聯操作兩個或多個AFE擴展至5個或更多引線
- ECG信號鏈
- Bio-Z信號鏈
- 測量30kHz至100kHz生物阻抗過高頻率
- 正弦波或方波激勵
- 呼吸阻抗測量：基準阻抗為2kΩ時噪聲為45mΩ-pp
- 雙通道ECG通道
- Bio-Z接收器可配置為第二ECG通道
- 外部時鐘和內部振蕩器模式
- FIFO，128采樣深度，24位字
- SPITM、I^2^C接口：可通過引腳選擇
- 2.6mm × 2.6mm DSBGA，0.4mm腳距
- 電源
- Rx：1.7V至1.9V
- IO: 1.7-1.9V
功能框圖
AFE4960模擬前端芯片在臨床可穿戴設備中的應用
一、芯片概述
AFE4960是德州儀器(Texas Instruments)推出的一款專為臨床可穿戴設備設計的雙通道模擬前端芯片，于2021年10月發(fā)布，2022年3月進行了修訂。這款高度集成的AFE芯片支持心電(ECG)、呼吸阻抗測量和起搏脈沖檢測功能，采用2.6mm×2.6mm DSBGA封裝，0.4mm間距，非常適合空間受限的可穿戴醫(yī)療設備。
二、主要技術特性
1. 多模式信號采集能力
- ?雙通道ECG模式?：支持高達1.36kHz/通道的采樣率
- ?混合模式?：1通道ECG + 1通道呼吸阻抗測量
- ?起搏脈沖檢測?：集成專用檢測通道
2. 卓越的電氣性能
- 每通道功耗僅222μA(雙通道ECG模式)
1GΩ輸入阻抗，CMRR > 100dB
- 輸入噪聲低至5μVpp(增益12時)
- 集成370Hz抗混疊低通濾波器
3. 生物阻抗測量特性
- 支持30kHz至100kHz激勵頻率
- 可選擇正弦波或方波激勵
- 呼吸阻抗測量基線2kΩ時噪聲僅45mΩ-pp
三、典型應用場景
AFE4960廣泛應用于以下醫(yī)療電子設備中：
- ?住院和門診無線監(jiān)護貼片?
- ?心律失常事件監(jiān)測器?
- ?手持式ECG監(jiān)護儀?
- ?便攜式多導聯ECG設備?
- ?患者生命體征監(jiān)測?：Holter、事件記錄、壓力測試和遠程醫(yī)療
四、系統(tǒng)架構設計
AFE4960采用靈活的架構設計：
- 可配置為2通道ECG接收器或1通道ECG+1通道呼吸阻抗
- 最多可連接4個電極
- 集成右腿驅動(RLD)放大器用于設置體偏置
- 支持直流導聯偏置(導聯脫落檢測)和交流導聯偏置(導聯阻抗測量)
所有信號鏈輸出由單個ADC轉換，以明確定義的時間槽存儲為24位字，并保存在128樣本FIFO中，可通過SPI或I2C接口讀取。
五、開發(fā)支持與認證
- 符合IEC 60601-2-47:2012/(R)2016和IEC 60601-2-27:2011(R)2016標準
- TI提供完整的開發(fā)工具鏈支持，包括：
- AFE4960 EVM用戶指南(SBAU385)
- 3導聯和5導聯ECG應用報告(SBAA536)
- 5導聯ECG應用報告(SBAA523)
六、設計建議
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