芯对话 | CBM24AD98Q 24位精密医疗芯的破局之路

总述

医疗诊断的微观领域中，生物电信号如同解锁生命奥秘的金钥匙。从心电图（ECG）的毫伏级波动到脑电图（EEG）的微伏级震荡，精准捕捉这些信号是早期疾病诊断的关键。芯佰微电子的CBM24AD98Q芯片，作为一款采用24位Δ-Σ模数转换技术的低噪声模数转换器，具备4μV级的超低噪声水平和8通道的高度集成设计。它支持工业级的宽温度范围，特别适用于心电图(ECG)和颅外脑电图(EEG)等生物电采集应用。CBM24AD98Q通过其卓越的性能，解决了医疗生物电采集领域的关键难题，为国产医疗设备提供了与国际先进水平竞争的能力。

1. 行业困局：生物电采集的 “不可能三角”
2.  微弱信号的 “隐身术”：噪声掩盖下的诊断盲区

在传统16位SAR ADC中，量化噪声通常高于10μVPP，这可能导致信号处理中出现显著的误差，类似于给信号添加了“模糊滤镜”。例如，在心电图(ECG)监测中，0.1mV的ST段偏移是心肌缺血的早期征兆，但由于16位ADC的噪声干扰，可能导致高达30%以上的漏检率。而 EEG 中 10-100μV 的脑电 α 波，更常被环境噪声淹没，使得癫痫病灶定位误差超过 10mm。

1.  多导联系统的 “臃肿病”：进口方案的体积与成本陷阱

构建标准12导联ECG需外置3组差分放大器生成参考电压，如某进口方案则需5颗以上芯片协同工作，电路面积逾100cm²，导致设备体积普遍超过3L。这不仅使成本激增50%，还导致基层医疗设备采购率持续低迷，不足20%，乡镇卫生院常因设备笨重而舍弃多导诊断功能。

1.  极端环境的 “稳定性危机”：温度对信号的 “篡改”

消费级 ADC 在 - 20℃以下温漂系数超过 10μV/℃，高温环境中基线漂移可达 0.5mV。在北方冬季的急救现场，由于信号漂移，AED设备对室颤波形的误判率可能增加50%。

1. 破局之道：CBM24AD98Q 的技术革新

1、24 位高精度
CBM24AD98Q 采用 24 位 Δ-Σ 架构，通过过采样与噪声整形技术，配合 1-24 倍可编程增益 PGA，实现微伏级生物电信号精准量化。能够捕捉生物电信号中微小的电压变化（如心电图中微伏级的 P 波、T 波）。

2、超低输入参考噪声
在 150Hz 带宽、增益为 6 的条件下，输入参考噪声低至 4μVpp，较同类产品保持同等水平，但通过优化电路设计，在更高增益（24 倍）下仍能维持低噪声性能，适用于肌电图（EMG）等信号强度极低的场景。

3、高共模抑制比（CMRR）
-115dB 的 CMRR 有效抑制了环境电磁干扰（如医疗设备中的高频噪声），确保在复杂临床环境下仍能获得纯净的生物电信号。例如，在手术室中，该芯片可有效隔离高频电刀干扰，保障心电图波形的完整性。

4、内置多功能模拟前端
集成 8 个可编程增益放大器（PGA）、右腿驱动（RLD）电路、导联脱落检测及威尔逊中心端（WCT）生成模块，无需外部运放即可实现标准 12 导联心电图采集。相比传统方案，减少了约 30% 的外围元件，降低了 PCB 面积和系统成本。

5、灵活的信号处理架构
每个通道支持独立的输入多路复用器，可配置为差分输入或单端输入，并内置测试信号发生器，便于系统校准和故障诊断。例如，在动态心电图设备中，通过内置的导联脱落检测功能，可实时监测电极接触状态，避免数据丢失。

6、多芯片级联能力
通过 SPI 接口菊花链级联，可扩展至 64 通道同步采集，满足高端多参数监护仪对多生理信号（如 ECG、EEG、呼吸阻抗）同时监测的需求。这种扩展性使得 CBM24AD98Q 成为高端医疗设备的核心组件。

7、产品特征

• 多达8个低噪声PGA 和 8 个高分辨率同步采样 ADC

• 输入参考噪声：4 μVPP(150Hz BW， G=6)
• 输入偏置电流：200 pA
• 数据速率：250 SPS 至 32kSPS
• 共模抑制比：–115 dB
• 可编程增益：1、2、4、6、8、12 或24
• 单极或双极电源：

l 模拟：2.7V 至5.5V

l 数字：1.7V 至3.3V

• 内置右腿驱动放大器、导联检测、测试信号
• 内置威尔逊中心端子和增强电极电路
• 内置时钟振荡器，可选内部或外部时钟
• 内置电压参考，可选内部或外部参考
• 灵活的断电、待机模式
• 与 ADS1298引脚兼容、程序兼容
• SPI 兼容串行接口
• 工作温度范围：–40°C 至 +85°C

1. 全场景渗透：从临床诊断到前沿科研的 “芯” 基建
2. 临床诊断：精准化的基石

CBM24AD98Q 为 12 导联心电图机提供 “微型化心脏”，单芯片即可生成标准的12导联信号，不仅省去了外置电路的复杂性，还显著地将误诊率降低了45%。对于多导 EEG 仪，其 8 通道同步采样能力可捕捉较小电信号，使癫痫灶定位误差从 10mm 缩小至 5mm，为神经外科手术提供更精准的导航。

1. 可穿戴设备：长续航的 “隐形守护者”

在动态心电监测领域，17.5mW的超低功耗模式大幅提升了Holter设备的续航能力，从4天延长至7天，同时数据完整率也显著提高，从85%跃升至99%。配合单导联设计，其体积可缩小至硬币大小，适合老年人居家健康监测。在睡眠医学领域，菊花链级联技术支持 32 通道同步采集，单设备即可覆盖脑电、肌电、呼吸阻抗等多参数，助力睡眠呼吸暂停综合征的精准分型。

1. 急救与极端环境：可靠性的 “极限挑战”

针对户外急救场景，-40℃冷启动特性让 AED 设备在东北雪原也能快速响应，而 85℃高温下的稳定运行能力，确保了热带地区医疗车设备的全天候可用性。根据某边疆医院的统计数据，通过引入先进的芯片技术，车载ECG设备的冬季故障率显著降低，从25%降至5%，同时，急救响应效率也得到了显著提升，达到了40%的增幅。