基于ADF7021、AD623的低功耗心电监视仪的医用无线频段解决方案
传统心电监护仪通常需要随身携带记录监视仪,放在靠近病人颈部或腕部的口袋里,而无线心电图监视仪的噪声和干扰大大降低,尺寸减小到甚至可以安装在电极背面,能够提供比传统方案更精确的信号。这种电路价格便宜,且能够提供诊断质量的1导联心电图迹线,驱动腿免除了对60Hz陷波滤波器的需求。所有的电路都能穿戴在衣服内,因此患者舒适度和隐私度大幅提高。
病人的监测数据经过加密,每隔几分钟就自动上载至医院、护理机构或养护机构中的现场采集分析系统。病人可以在预定的时间(每天或每周)到医生办公室或诊所上载信息,而无需移除监视仪或重新放置电极。无线心电图监视仪还可以安装存储卡,通过手机或局域网进行数据传输。除了性能、可靠性、低功耗以及成本等因素,无线心电图监视仪设计必须支持专用的遥测频段,以使监视仪的心电图数据可以迅速、准确、安全的传输至数据采集器进行评估。
解决方案
在北美地区,无线医疗遥测服务(WMTS)频段以及其它免授权的工业、科学和医用(ISM)频段提供专用的频谱,以确保数据传输的无干扰、可靠连接。ADI公司的ADF7021高 性能、窄带ISM收发器IC支持WMTS频段以及433 MHz、868 MHz与915 MHz的ISM频段。ADF7021具有同类最佳的接收机灵敏度,在1 kbps时为-123 dBm,内置T/R开关、VCO tank、RF/IF滤波器、全自动化的自动频率控制(AFC)与自动增益控制(AGC)电路。为了延长电池寿命,ADF7021可以设置在功耗极低的休眠模式,使电流消耗下降至不足0.1 µA。ADF7021与低功耗微控制器一起使用时,平均待机电流不足2µA。WMTS优化的无线电电台参考设计(EVAL-ADF7021DBZ6)包 括原理图与布局,可供用户作为无线心电图监视仪设计的参考。
AD623是一款集成单电源仪表放大器,提供轨对轨输出摆幅和低功耗(3 V电压功耗为1.5 mW)。其中心节点用于访问残留共模信号。AD8500低功耗、高精密CMOS运算放大器的最大电源电流是1µA,最大偏置电压1 mV,典型输入偏移电流1pA,提供轨对轨输入和输出,采用1.8 V ~ 5.5 V单电源或±0.9V ~ ±2.75V双电源供电。AD8641低 功耗、轨对轨输出结型场效应晶体管(JFET)放大器具有高输入阻抗、高精密性能以及低成本,输入阻抗大于681 kΩ。AD7466是一款12-bit ADC,采用小型封装,且功耗极低,3.6 V/50 kSPS时,功耗为480 μW。它采用6引脚SOT-23封装。对于要求更宽动态范围和更高信噪比的设计来说,AD7685 PulSAR® ADC可以提供16-bit分辨率,在2.5 V/100 kSPS时,功耗为1.35 mW,它采用3 mm × 3 mm QFN (LFCSP)封装。这些方案(参见下图)需要低功耗的微控制器。另一种实现此信号链的方案是采用ADuC7022取 代ADC和MCU。ADuC7022内置16-bit/32-bit MCU,它在单芯片上集成了一个性能高达1 MSPS的ADC。ADC提供必要的动态范围,以满足医用标准,检测微弱的心电图波形变化。ARM7架构包括32-bit寄存器,使它能够对心电图信号进行实时FIR滤波。
【ADF7021】
高性能窄带ISM收发器IC
产品详情
ADF7021是一款低功耗、高度集成的2FSK/3FSK/4FSK收发器。该器件可在窄带、免执照ISM频段以及80 MHz至650 MHz和862 MHz至940 MHz频率范围的特许执照频段内工作。该器件具有高斯和升余弦两种数据滤波选项,用以改善窄带应用的频谱效率。
它适合符合以下标准或法规的电路应用:欧洲ETSI EN 300-220标准、日本ARIB-T67标准、中国近程设备管理法规以及北美FCC Part 15、Part 90和Part 95监管标准。ADF7021只需少量外部分立器件便可构建一个完整的收发器,因此非常适合对价格和电路板面积敏感的应用。
发射部分包含一个电压控制振荡器(VCO)和一个输出分辨率<1 ppm的低噪声小数N分频PLL。借助快速变频PLL,ADF7021可用于跳频、扩频(FHSS)系统。VCO采用两倍基频工作,减少杂散发射和频率牵引问题。发射机输出功率可在−16 dBm到+13 dBm之间分63个步幅编程并拥有自动功率斜坡控制功能,以避免频谱杂散并有助于满足法规标准。收发器射频频率、通道间隔和调制都可以利用简单的三线式接口来编程。该器件采用2.3 V至3.6 V电源供电,支持关断功能。
接收机采用低中频架构(100 kHz),不仅功耗最低、外部元件数最少,而且可避免低频时的干扰问题。中频滤波器具有12.5 kHz、18.75 kHz和25 kHz的可编程带宽。ADF7021支持各种可编程特性,包括接收的线性度、灵敏度和中频带宽,用户可根据具体应用在接收机灵敏度和选择度与功耗之间进行取舍。接收机还拥有正在申请专利的自动频率控制(AFC)环路,捕捉范围可编程,允许PLL跟踪输入信号中的频率误差。
片内ADC提供集成温度传感器、外部模拟输入、电池电压和RSSI信号的回读,因而在某些应用中可减少ADC开销。温度传感器在−40°C至+85°C的整个工作温度范围内精度达到±10°C。在室温下进行1点校准并将结果存储在存储器内可提高此精度。
优势和特点
低功耗、高性能、窄带收发器
频段:
80-650MHz和862-940MHz
调制方式:2FSK、3FSK、4FSK
频谱整形方式:
高斯和升余弦滤波
自动PA斜坡
支持的数据速率:
0.05 kbps至25 kbps
可编程输出功率:
-16dBm至+13dBm
低中频架构,可编程中频带宽:12.5/18.5/25kHz
2.3V至3.6V电源供电
接收机灵敏度:
-123dBm (1kbps FSK)
全自动频率控制环路(AFC)补偿容差较低的晶振
高精度数字RSSI和集成Tx/Rx开关
【AD623】
单电源、轨到轨、低成本仪表放大器
产品详情
AD623是一款集成式单电源或双电源仪表放大器,采用3 V至12 V电源电压时提供轨到轨输出摆幅。它可以通过单一增益设置电阻进行编程,并遵照8引脚工业标准引脚排列配置,赋予用户出众的灵活性。不接外部电阻时,AD623采用单位增益配置(G = 1);连接外部电阻时,AD623可通过编程实现最高增益1000。
提高交流共模抑制比(CMRR)并增加增益可使AD623具有出色的精度;由于CMRR在最高200 Hz时保持稳定,因此线路噪声谐波得到抑制。AD623具有宽输入共模范围,可以放大共模电压低至地电压以下150 mV的信号。AD623采用双极性和单极性电源供电,能保持出色的性能。
应用
低功耗医疗仪器
传感器接口
热电偶放大器
工业过程控制
差动放大器
低功耗数据采集
优势和特点
易于使用
轨到轨输出摆幅
输入电压范围达到地电压以下150 mV(单电源)
低功耗、550 μA电源电流(最大值)
增益通过一个外部电阻设置
增益范围:1至1000
高精度直流性能
增益精度:0.10% (G = 1)
增益精度:0.35% (G > 1)
噪声:RTI噪声:35 nV/√Hz(1 kHz时)
出色的动态规格
带宽:800 kHz (G = 1)
0.01%建立时间:20 μs (G = 10)
责任编辑:Davia
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