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(hào)鏈可靈活連接多達(dá)4個(gè)電極。右腿驅(qū)動(dòng) (RLD) 放大器輸出可用于設(shè)置車身偏置。該AFE的直流引線偏置用于引線開/關(guān)檢測，交流引線偏置用于測量引線阻抗。一個(gè)通道支持起搏器脈沖檢測。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：Texas Instruments AFE4960模擬前端 (AFE)數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

所有信號(hào)鏈輸出均由一個(gè)ADC轉(zhuǎn)換為定義明確的時(shí)隙，并在128采樣FIFO中存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)3引線ECG系統(tǒng)。兩個(gè)并聯(lián)AFE的同步運(yùn)行可用于實(shí)現(xiàn)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(gè)通道上集成步脈沖檢測功能
• 支持3引線ECG，可通過并聯(lián)操作兩個(gè)或多個(gè)AFE擴(kuò)展至5個(gè)或更多引線
• ECG信號(hào)鏈
  • 單通道ECG采集高達(dá)2.048kHz
  • 雙通道ECG采集高達(dá)1.36kHz/通道
  • RLD輸出，通過第三個(gè)電極設(shè)置主體偏置
  • 可編程INA增益：2至12
  • 輸入阻抗：>1GΩ，CMRR：>100dB
  • 輸入噪聲 (0.5Hz-150Hz)：13μVpp（INA增益為3時(shí)）；5μVpp（INA增益為12時(shí)）
  • 集成370Hz抗混疊低通濾波器
  • 用于連續(xù)引線開/關(guān)檢測的模式
  • 用于引線阻抗測量的模式
• Bio-Z信號(hào)鏈
  • 測量30kHz至100kHz生物阻抗過高頻率
  • 正弦波或方波激勵(lì)
  • 呼吸阻抗測量：基準(zhǔn)阻抗為2kΩ時(shí)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(shí)鐘和內(nèi)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(shè)備中的應(yīng)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(shè)備設(shè)計(jì)的雙通道模擬前端芯片，于2021年10月發(fā)布，2022年3月進(jìn)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(shè)備。

二、主要技術(shù)特性

1. 多模式信號(hào)采集能力

• ?雙通道ECG模式?：支持高達(dá)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(shí))
• 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(lì)頻率
• 可選擇正弦波或方波激勵(lì)
• 呼吸阻抗測量基線2kΩ時(shí)噪聲僅45mΩ-pp

三、典型應(yīng)用場景

AFE4960廣泛應(yīng)用于以下醫(yī)療電子設(shè)備中：

1. ?住院和門診無線監(jiān)護(hù)貼片?
2. ?心律失常事件監(jiān)測器?
3. ?手持式ECG監(jiān)護(hù)儀?
4. ?便攜式多導(dǎo)聯(lián)ECG設(shè)備?
5. ?患者生命體征監(jiān)測?：Holter、事件記錄、壓力測試和遠(yuǎn)程醫(yī)療

四、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

AFE4960采用靈活的架構(gòu)設(shè)計(jì)：

• 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(gè)電極
• 集成右腿驅(qū)動(dòng)(RLD)放大器用于設(shè)置體偏置
• 支持直流導(dǎo)聯(lián)偏置(導(dǎo)聯(lián)脫落檢測)和交流導(dǎo)聯(lián)偏置(導(dǎo)聯(lián)阻抗測量)

所有信號(hào)鏈輸出由單個(gè)ADC轉(zhuǎn)換，以明確定義的時(shí)間槽存儲(chǔ)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(rèn)證

• 符合IEC 60601-2-47:2012/(R)2016和IEC 60601-2-27:2011(R)2016標(biāo)準(zhǔn)
• 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(dǎo)聯(lián)和5導(dǎo)聯(lián)ECG應(yīng)用報(bào)告(SBAA536)
  • 5導(dǎo)聯(lián)ECG應(yīng)用報(bào)告(SBAA523)

六、設(shè)計(jì)建議

1. ?多導(dǎo)聯(lián)擴(kuò)展?：AFE4960本身可實(shí)現(xiàn)3導(dǎo)聯(lián)ECG系統(tǒng)，通過并行同步操作兩個(gè)AFE可實(shí)現(xiàn)5導(dǎo)聯(lián)ECG
2. ?電源設(shè)計(jì)?：注意Rx和IO電源范圍為1.7-1.9V
3. ?PCB布局?：考慮0.5mm最大高度的DSBGA封裝特性，確保焊接可靠性
4. ?靜電防護(hù)?：遵循嚴(yán)格的ESD防護(hù)措施，防止器件損壞