Texas Instruments AFE4960模拟前端 (AFE) 可配置为2通道ECG接收器、1通道ECG接收器或呼吸阻抗通道。AFE信号链可灵活连接多达4个电极。右腿驱动 (RLD) 放大器输出可用于设置车身偏置。该AFE的直流引线偏置用于引线开/关检测，交流引线偏置用于测量引线阻抗。一个通道支持起搏器脉冲检测。

数据手册：*附件：Texas Instruments AFE4960模拟前端 (AFE)数据手册.pdf

所有信号链输出均由一个ADC转换为定义明确的时隙，并在128采样FIFO中存储为24位字，可通过SPI或I^2^C接口读出。Texas Instruments AFE4960是一套全集成解决方案，用于实现3引线ECG系统。两个并联AFE的同步运行可用于实现5引线ECG。

特性

• 支持ECG和呼吸阻抗测量；可配置为双通道ECG或单通道ECG + 一通道呼吸
• 可用于IEC 60601-2-47:2012/(R)2016和IEC 60601-2-27:2011(R)2016兼容系统
• 222µA/通道，用作双通道ECG
• 在一个通道上集成步脉冲检测功能
• 支持3引线ECG，可通过并联操作两个或多个AFE扩展至5个或更多引线
• ECG信号链
  • 单通道ECG采集高达2.048kHz
  • 双通道ECG采集高达1.36kHz/通道
  • RLD输出，通过第三个电极设置主体偏置
  • 可编程INA增益：2至12
  • 输入阻抗：>1GΩ，CMRR：>100dB
  • 输入噪声 (0.5Hz-150Hz)：13µVpp（INA增益为3时）；5µVpp（INA增益为12时）
  • 集成370Hz抗混叠低通滤波器
  • 用于连续引线开/关检测的模式
  • 用于引线阻抗测量的模式
• Bio-Z信号链
  • 测量30kHz至100kHz生物阻抗过高频率
  • 正弦波或方波激励
  • 呼吸阻抗测量：基准阻抗为2kΩ时噪声为45mΩ-pp
• 双通道ECG通道
  • Bio-Z接收器可配置为第二ECG通道
• 外部时钟和内部振荡器模式
• FIFO，128采样深度，24位字
• SPITM、I^2^C接口：可通过引脚选择
• 2.6mm × 2.6mm DSBGA，0.4mm脚距
• 电源
  • Rx：1.7V至1.9V
  • IO: 1.7-1.9V

功能框图

AFE4960模拟前端芯片在临床可穿戴设备中的应用

一、芯片概述

AFE4960是德州仪器(Texas Instruments)推出的一款专为临床可穿戴设备设计的双通道模拟前端芯片，于2021年10月发布，2022年3月进行了修订。这款高度集成的AFE芯片支持心电(ECG)、呼吸阻抗测量和起搏脉冲检测功能，采用2.6mm×2.6mm DSBGA封装，0.4mm间距，非常适合空间受限的可穿戴医疗设备。

二、主要技术特性

1. 多模式信号采集能力

• ‌双通道ECG模式‌：支持高达1.36kHz/通道的采样率
• ‌混合模式‌：1通道ECG + 1通道呼吸阻抗测量
• ‌起搏脉冲检测‌：集成专用检测通道

2. 卓越的电气性能

• 每通道功耗仅222μA(双通道ECG模式)

• 1GΩ输入阻抗，CMRR > 100dB

• 输入噪声低至5μVpp(增益12时)
• 集成370Hz抗混叠低通滤波器

3. 生物阻抗测量特性

• 支持30kHz至100kHz激励频率
• 可选择正弦波或方波激励
• 呼吸阻抗测量基线2kΩ时噪声仅45mΩ-pp

三、典型应用场景

AFE4960广泛应用于以下医疗电子设备中：

1. ‌住院和门诊无线监护贴片‌
2. ‌心律失常事件监测器‌
3. ‌手持式ECG监护仪‌
4. ‌便携式多导联ECG设备‌
5. ‌患者生命体征监测‌：Holter、事件记录、压力测试和远程医疗

四、系统架构设计

AFE4960采用灵活的架构设计：

• 可配置为2通道ECG接收器或1通道ECG+1通道呼吸阻抗
• 最多可连接4个电极
• 集成右腿驱动(RLD)放大器用于设置体偏置
• 支持直流导联偏置(导联脱落检测)和交流导联偏置(导联阻抗测量)

所有信号链输出由单个ADC转换，以明确定义的时间槽存储为24位字，并保存在128样本FIFO中，可通过SPI或I2C接口读取。

五、开发支持与认证

• 符合IEC 60601-2-47:2012/(R)2016和IEC 60601-2-27:2011(R)2016标准
• TI提供完整的开发工具链支持，包括：
  • AFE4960 EVM用户指南(SBAU385)
  • 3导联和5导联ECG应用报告(SBAA536)
  • 5导联ECG应用报告(SBAA523)

六、设计建议

1. ‌多导联扩展‌：AFE4960本身可实现3导联ECG系统，通过并行同步操作两个AFE可实现5导联ECG
2. ‌电源设计‌：注意Rx和IO电源范围为1.7-1.9V
3. ‌PCB布局‌：考虑0.5mm最大高度的DSBGA封装特性，确保焊接可靠性
4. ‌静电防护‌：遵循严格的ESD防护措施，防止器件损坏