TI發布的ADS129x系列器件提供完整集成的模擬前端（AFE）功能，可用于病人監護、便攜式和高端心電圖（ECG）及腦電圖（EEG）設備。開發這種集成電路的工程師隊伍必須平衡一些極具挑戰性的設計目標：每通道功耗小于750uW，噪聲符合IEC的ECG標準（10uVp-p輸入），尺寸為8mmx8mm，以便支持便攜式和一次性ECG貼片應用，以及低成本。ADS1298就是ADS129x系列器件中的一員，

ADS1298模數轉換器介紹

ADS1298是（ACTIVE） 具有集成 ECG 前端的 8 通道 24 位模數轉換器，主要用于心電圖 （ECG）監控中。

ADS1294/6/8/4R/6R/8R是多通道，同步采樣，24位，三角積分（ΔΣ）模數轉換器（ADC）系列產品，此產品具有內置的可編程增益放大器（PGA），內部基準，和一個板載振蕩器。 ADS1294/6/8/4R/6R/8R包含了所有醫療心電圖（ECG）和腦電圖（EEG）應用所通常要求的所有特性。

借助于其高水平的集成和出色的性能，ADS1294/6/8/4R/6R/8R系列產品可以用大大減小的尺寸，功率，和總體成本來開發可擴展的醫療儀器。

ADS1294/6/8/4R/6R/8R在每通道上有一個靈活輸入復用器，此復用器可獨立連接至用于測試，溫度，和持續斷線檢測的內部生成信號。 此外，可選擇輸入通道的各種配置生成右腿驅動器 （RLD） 輸出信號。 ADS1294/6/8/4R/6R/8R運行數據速率最高可達32KSPS，因此可實現軟件PACE檢測。 可通過上拉／下拉電阻器或激磁電流源極／汲極為該器件內部實施持續斷線檢測。 3個集成的放大器生成標準12引線ECG所需的威爾遜（Wilson）中心終端（WCT）和高德伯格（Goldberger）中心終端（GCT）。 ADS1294R/6R/8R版本包括一個完全集成的，呼吸阻抗測量功能。

多個ADS1294/6/8/4R/6R/8R器件可使用菊花鏈配置級聯在高通道數量系統中。

封裝選項包括微小型 8mm × 8mm ，64焊球 BGA與TQFP-64封裝。 ADS1294/6/8 BGA版本商用額定溫度范圍為0°C至+70°C。 ADS1294R/6R/8R BGA和ADS1294/6/8 TQFP版本工業用額定溫度范圍是–40°C至+85°C。

特性

8個低噪音PGA和8個高分辨率ADC（ADS1298， ADS1298R）

低功耗：每通道 0.75 mW

輸入參考噪聲：4μVPP（150Hz BW， G = 6）

輸入偏置電流：200pA

數據速率：250SPS至32kSPS

CMRR：–115dB

可編程增益：1，2，3，4，6，8或者12

支持AAMI EC11，EC13，IEC60601-1，IEC60601-2-27，和IEC60601-2-51標準

單極或雙極電源：

AVDD = 2.7V至5.25V，DVDD = 1.65V至3.6V

內置右腿驅動放大器，檢測，WCT，PACE檢測，測試信號

集成的呼吸阻抗測量（只適用于ADS1294R/6R/8R）

數字PACE檢測功能

內置振蕩器與參考

靈活的斷電，待機模式

串行外設接口（SPI）- 兼容串口

運行溫度范圍：

–40°C至+85°C

圖1：TI的8通道、24位集成式模擬前端器件ADS1298的平面圖。在這個8mmx8mm的裸片上集成了43個獨立IC的功能。

再深入一點，圖2顯示了ADS1298 的SEM橫截面。從圖中可以看出，ADS1298使用了魯棒性、高良率的0.35um 4層鋁Bi-CMOS工藝。Bi-CMOS工藝和低噪聲雙極放大器成就了ADS1298的低功耗和低噪聲性能。

圖2：TI ADS1298芯片的SEM橫截面圖，圖中顯示使用了成熟的、高良率且可靠的4層鋁0.35um工藝。

TI 的ADS1298 采用 8 個通道的 PGA 以及一個單獨的 24 位 Δ-Σ ADC；威爾遜中心終端、功能增強的戈德伯格終端及其放大器，實現了完全標準的 12 導 ECG 集成模擬前端。與分立實施相比，ADS1298 縮減了組件數并降低了高達 95% 的功耗，每通道僅需 1mW 的功效，同時客戶還可獲得最高級別的診斷準確度 。

ECG 系統功能與發展

ECG 機的基本功能包括 ECG 波形顯示（通過 LCD 顯示屏或印刷紙媒質顯示）、心跳律動指示以及通過按鈕控制的簡單用戶界面。越來越多的 ECG 產品要求具備更多的功能，例如通過便攜式媒體存儲電子病歷、無線/有線傳輸以及在具有觸摸功能的大型 LCD 顯示屏上顯示 2D/3D 圖像。多級診斷功能正在幫助沒有受過專門 ECG 培訓的醫護人員掌握 ECG 模式及某些心臟病的信號指示。在采集并數字化 ECG 信號之后，將發送這些信號以進行顯示和分析，其中包括進一步的信號處理。

信號采集挑戰：

大的直流偏移和多種干擾信號的出現會導致 ECG 信號的測量面臨挑戰。典型電極的電壓最高可達 300mV。干擾信號包含來自電源的 50/60Hz 干擾、病人活動導致的運動偽影、電外科設備、除顫脈沖、起搏器脈沖及其它監控設備等引起的射頻干擾。

ECG 內所需的準確度會隨終端設備的變化而有所不同：

標準監控設備需要 0.05-30Hz 之間的頻率

診斷設備需要 0.05-1000Hz 之間的頻率

可以借助能消除兩輸入端 AC 線常見噪聲的高輸入阻抗儀表放大器 （INA） 抵消一些 50Hz/60Hz 共模干擾。為了進一步消除輸電線供電噪聲，信號憑借放大器通過右腿被反向并向病人驅回。只需少許微電流甚至更少即可實現顯著的 CMR 改進并保持在 UL544 限制之內。此外還會使用 50/60Hz 數字陷波濾波器進一步降低干擾。

模擬前端選項：

優化功耗和模擬前端的 PCB 面積對于便攜式 ECG 而言非常關鍵。技術改進后，當前提供了多種前端選項：

使用低分辨率 ADC（需要所有濾波器）

使用高分辨率 ADC（需要較少濾波器）

使用 Σ-Δ ADC（無需濾波器、除 INA 之外的放大器、直流偏移）

使用順序和同步采樣方法。

使用低分辨率（16 位）ADC 時，信號需要被顯著增益（增幅通常為 100–200 倍）以達到必要的分辨率。使用高分辨率（24 位）Σ-Δ ADC 時，信號需要 4–5 倍的適度增益。因此可以除去消除直流偏移所需的第二增益級和電路。這將實現面積與成本上的整體縮減。Σ-Δ 方法還將保留信號的整個頻率內容，并為數據后期處理提供充分的靈活性。

借助順序方法，創建 ECG 引線的單個通道可被復用到一個 ADC。這樣一來，相鄰通道間必然會存在偏移。借助同步采樣方法即可將專用 ADC 用于每個通道，因此通道之間不存在前面提及的偏移。

ADS1298應用
下面我們為大家介紹了ADS1298的功能方框圖、每路輸入復接器方框圖、多個器件配置圖、ADS1298單電源連接框圖、ADS1298雙電源連接框圖，介紹了ADS1298的應用

圖3.ADS1298功能方框圖

圖4.ADS1298每路輸入復接器方框圖

a）標準配置 b） DAISY_IN 配置

圖5.多個器件配置圖

圖6.ADS1298單電源連接框圖

圖7.ADS1298雙電源連接框圖

ADS1298 設計應用中的常見問題

1、 問：我想使用不帶 MMB0 的 ADS1298ECGFE EVM，這是否可能？

答：是的，完全沒問題！不過應首先考慮到以下幾個方面：

- 電路板電源

ADS1298ECGFE 板的電源來自 10 引腳雙排插座 J4。通過 MMB0 連接頭 J5，可將 +5V、+3.3V 以及 +1.8V 交付給 ADS1298 板。+5V 供電電壓通過穩壓器，可為 ADS1298 芯片提供模擬電壓。模擬電壓軌既可以是 0V 和 +3.3，也可以是 +/-2.5V，具體情況取決于 JP2 和 JP24。可通過 JP28 對 ADS1298 的數字電壓軌進行配置。您既能夠選擇采用 3.3V 供電電源（短 JP28 引腳 2-3），也可以選擇 1.8V 供電電壓（短 JP28 引腳 1-2）。實際施加的電壓不需要直接連接 J4，可施加測試點 TP7（+5V）、TP9（+1.8V）以及 TP10（+3.3V）。接地通過 TP1、TP8、TP11 提供，J4 引腳 5 和 6 以及 J3 引腳 4、10 和 18。

- SPI 接口

SPI 通信需要 SCLK、SOMI 和 SIMO 最少三線接口。ADS1298 屬于從系統 （SLAVE） 器件，不能生成串行時鐘。SCLK 線路在 J3 引腳 4 上。SIMO 與 SOMI 分別位于 J3 引腳 11 和 13 上。SCLK 應為低，有效數據在下降時鐘沿上。這通常被視為 SPI 模式 1。

2、問：ADS1298ECGFE-PDK 板的光繪文件在哪里？

答：以下為采用 TQFP 封裝的 ADS1298ECGFE-PDK、ADS1298RECGFE-PDK 以及 ADS1198/1298ECGFE-PDK 的光繪 （Gerber） 文件。

- ADS1298ECGFE-PDK Rev A - BGA 版本

- ADS1198/1298ECGFE-PDK Rev C–TQFP 版本

- ADS1298RECGFE-PDK Rev B – 只有 BGA 版本

3、問：DRDY 輸出該如何處理？我的處理器沒有 DRDY 輸入，因而我不確定該信號應連接到什么地方。

答：ADS1298 的 DRDY 輸出旨在作為主機處理器的中斷發揮作用。大多數微控制器或數字信號處理器都能在執行外部外設（如 ADS1298 連接到 SPI 端口）計算時提供“中斷”功能。代碼開發人員可在中斷服務例程 （ISR） 中放入一些內容，在控制器進行 ISR 相關任務時準備就緒。對于 ADS1298 來說，可讀取相當于 8 個通道的數據和狀態字節，也就是存儲和處理 9*24 位信息。

4、問：在 ADS1298RECGFE-PDK 上，MSP430G2121 的目的是什么？

答：ADS1298RECGFE-PDK 板上的 MSP430G2121 可對呼吸進行仿真。其通過工廠編程（通過J7）產生 0.1 到 0.5Hz 的方波。頻率在 GUI 中可選為 0.1、0.2、0.3（默認）、0.4 或 0.5Hz。該信號通過 JP36 饋送至比較器（U12 引腳 2），而比較器輸出則驅動模擬開關 （U11）。如果希望使用自己的信號生成器對呼吸進行仿真，則可向 SMA 連接頭 （J6） 施加方波，并將 JP36 上的旁路轉移覆蓋引腳 2-3。

MSP430 的目的僅限于評估呼吸功能，而不必連接額外的 EVM 測試設備。處理器的任何元素都不必置入 J7。J7 的目的是協助 MSP430G2121 的雙線 JTAG （Spy-Bi-Wire） 接口，這也是我們對器件編程并生成上述方波的方法。

5、問：ADS1298 上的 EEPROM 有何作用？它包含哪些數據？

答：ADS1298ECGFE 板上 J3 以南 U16 上的 EEPROM 包含電路板的匯編級相關數據。其包含唯一的匯編部件號和電路板的匯編修訂號。最終用戶不用擔心 EEPROM 中的任何事項，ADS1298ECGFE-PDK 軟件不會詢問 EEPROM，而且其也不包含運行 GUI 所需的“啟動數據”。

6、問：DRDY 輸出該如何處理？我的處理器沒有 DRDY 輸入，因而我不確定該信號應連接到什么地方。

答：ADS1298 的 DRDY 輸出旨在作為主機處理器的中斷發揮作用。大多數微控制器或數字信號處理器都能在執行外部外設（如 ADS1298 連接到 SPI 端口）計算時提供“中斷”功能。代碼開發人員可在 ISR 中置入一些內容，在控制器進行 ISR 相關任務時準備就緒。對于 ADS1298 來說，可讀取相當于 8 個通道的數據和狀態字節，也就是存儲和處理 9*24 位信息。

7、問：ADS1298 可用的最高 SCLK 速度是多少？

答：最高的 SCLK 速度取決于所施加的 DVdd 電壓。如 DVdd 在 2.7 和 3.6VDC 之間，則最快速 SCLK 為 20MHz（50ns 周期）；如 DVdd 低于 2.7V，則 SCLK 限于 66.6ns 周期，頻率約 15MHz。

8、問：ADS1298/ADS1298R 有什么區別？

答：ADS1298 與 ADS1298R 的主要區別在于 ADS1298R 集成了與 CH1 相關的呼吸阻抗測量功能（參見本產品說明書第 9 頁頂部信息）。此外二者一致。如欲了解有關功能如何工作的細節，請參見應用手冊：

使用阻抗充氣造影術進行呼吸測量

ADS1298R 不提供采用 TQFP 封裝的版本，僅提供 BGA 版。

9、問：我剛拿到 ADS1298ECGFE-PDK，但總遇到故障消息“下載失敗……復位硬件”。這是什么原因？

答：該消息出現是因為 PC 沒有發現 MMB0，另外，隨后還會彈出對話框“固件加載因超時失敗。請復位硬件并繼續加載固件。”我們首先來解決潛在的硬件問題：

如欲調試 MMB0 硬件，需要注意幾件事。首先是 J12 上的分流跳線 （shunt jumper），其是一根雙引腳跳線，剛好在 MMBO上電源插孔以下的略偏左處。如果由于某種原因分流跳線在運輸過程中斷開了，則會遇到上述報錯消息。第二種可能性是未將 MMB0 配置為 USB 啟動模式。如果您的 MMBO 為 REV C 版本（REV C 在電路板的底部安裝了 4 個支架，而 REV D 則采用 4 個橡膠粘貼支腳），電源插孔右側有一個開關。該開關應當處于 USB 位置（靠近電路板的中心），才能正確加載固件。電路板的 REV D 版本沒有安裝這個開關，通過 S4 上的連線短接設置 USB 啟動模式。最后一種可能性就是實際的重設 （RESET） 開關。RESET 開關 （S3） 在 MMBO 的右上角，在極少見的情況下，可能會出現 REV C 板開關不能短接的問題。如果手指按壓感覺不到開關，請在電路板右上角的兩個外部引腳之間使用萬用表驗證開關是否為“開”或電阻值為無窮大。

若正確配置 J12、S4 和 S3，那么接下來就應檢查在您的 PC 上是否正在載入 MMBO 的驅動器。安裝完軟件、插上 USB 線纜，首次上電啟動電路板時，您應該會看到“發現新硬件 （Found New Hardware）”提示信息。第一個要安裝的驅動器是 NI-VISA USB 器件驅動器 （NI-VISA USB Device Driver）。看到提示后選擇“否，這次不”和“自動安裝軟件”。安裝完器件驅動器后，器件管理器會顯示帶 TMS320VC5509A（NI-VISA）驅動器的 NI-VISA USB 器件類型。這時，一旦您首次啟動 ADS1298 軟件，就會獲得發現新器件的另一個提示消息。第二個要安裝的驅動器為 USBStyx 驅動器，仍然如上所述按照提示進行操作（不要搜索，選擇自動安裝），然后等待安裝完成。在此期間，固件可能會超時并提示“下載失敗……復位硬件”，不過這時我們可按下復位按鈕或重啟 ADS1298ECG-FE GUI，即可消除此信息。