ADS1299-x 多通道 24 位低噪声模数转换器技术规格与应用总结

ADS1299-4、ADS1299-6 和 ADS1299 器件是一系列 4 通道、6 通道和 8 通道、低噪声、24 位、同步采样 Δ-Σ 模数转换器 （ADC），具有内置可编程增益放大器 （PGA）、内部基准电压源和板载振荡器。ADS1299-x 集成了颅外脑电图 （EEG） 和心电图 （ECG） 应用所需的所有常用功能。凭借其高集成度和卓越性能，ADS1299-x 能够以显着减小的尺寸、功耗和总体成本创建可扩展的医疗仪器系统。
*附件：ads1299.pdf

ADS1299-x每个通道都有一个灵活的输入多路复用器，可以独立连接到内部生成的信号，用于测试、温度和引线检测。此外，可以选择输入通道的任何配置来推导患者偏置输出信号。可选的 SRB 引脚可用于将公共信号路由到多个输入，以实现参考蒙太奇配置。ADS1299-x 以 250 SPS 至 16 kSPS 的数据速率运行。导联脱落检测可以在器件内部使用激励电流吸收器或源电流来实现。

多个 ADS1299-4、ADS1299-6 或 ADS1299 器件可以以菊花链配置级联在高通道数系统中。ADS1299-x 采用 TQFP-64 封装，额定温度范围为 –40°C 至 +85°C。

特性

• 多达8个低噪声PGA和8个高分辨率同步采样ADC
• 参考输入噪声：1 μV 聚丙烯 （70 Hz 带宽）
• 输入偏置电流：300 pA
• 数据速率：250 SPS 至 16 kSPS
• CMRR：–110 dB
• 可编程增益：1、2、4、6、8、12 或 24
• 单极或双极电源：
  • 模拟：4.75 V 至 5.25 V
  • 数字：1.8 V 至 3.6 V
• 内置偏置驱动放大器、
  导联脱落检测、测试信号
• 内置振荡器
• 内部或外部基准
• 灵活的掉电、待机模式
• 与ADS129x引脚兼容
• SPI 兼容串行接口
• 工作温度范围：–40°C 至 +85°C

参数

方框图

一、产品概述

ADS1299-x 是德州仪器（TI）推出的低噪声、高集成度模数转换器（ADC）系列，包含 4 通道（ADS1299-4）、6 通道（ADS1299-6）和 8 通道（ADS1299）三款型号，核心优势为高分辨率、低输入噪声与生物电位测量专用功能，专为脑电图（EEG）、胎儿心电图（ECG）、睡眠监测、脑电双频指数（BIS）等医疗仪器设计。器件采用 24 位 ΔΣ 架构，集成可编程增益放大器（PGA）、内部基准源与振荡器，文档版本为 SBAS499C，发布于 2012 年 7 月，2017 年 1 月修订，采用 64 引脚 TQFP 封装，工作温度范围 - 40°C 至 85°C。

二、核心参数与性能特性

1. 基础规格

• ADC 性能 ：24 位分辨率，无丢失码；输入失调误差 60 μV，失调漂移 80 nV/°C；增益误差 ±0.5% FS，增益漂移 3 ppm/°C；通道间增益匹配 0.2% FS，INL±8 ppm。
• 动态性能 ：70 Hz 带宽下输入参考噪声低至 1 μVPP（增益 = 24）；SNR 达 121 dB，THD-99 dB，CMRR-110 dB（50/60 Hz），串扰 - 110 dB；采样率范围 250 SPS-16 kSPS，支持 7 档可编程增益（1/2/4/6/8/12/24）。
• 接口特性 ：SPI 兼容串行接口（支持菊花链级联），4 个 GPIO 引脚；DRDY 信号指示数据就绪，支持连续 / 单次转换模式；模拟输入阻抗≥500 MΩ（启用导联脱落检测），输入偏置电流 ±300 pA。

2. 供电与功耗

• 供电范围 ：模拟电源（AVDD）4.75 V-5.25 V，数字电源（DVDD）1.8 V-3.6 V，支持单极性（5 V/3.3 V）或双极性（±2.5 V/3.3 V）供电。
• 功耗表现 ：ADS1299（8 通道）正常模式功耗 39 mW，待机模式 5.1 mW，断电模式仅 10 μW；ADS1299-4（4 通道）正常模式功耗 22 mW，ADS1299-6（6 通道）30 mW，低功耗设计适配便携式医疗设备。

3. 封装与环境适应性

• 封装类型 ：64 引脚 TQFP（PAG）封装，结到环境热阻 46.2 °C/W，结到壳（顶部）热阻 5.8 °C/W，封装尺寸 10mm×10mm，适合高密度 PCB 布局。
• 可靠性 ：ESD 防护（HBM 1000 V、CDM 500 V），存储温度范围 - 60°C 至 150°C，最大结温 150°C，满足医疗设备长期稳定运行要求。

4. 关键功能特性

• 生物电位专用功能 ：集成导联脱落检测（DC/AC 模式，电流 6 nA-24 μA 可调）、患者偏置驱动放大器、内部测试信号发生器；支持参考电极配置（SRB1/SRB2 引脚），适配顺序 / 参考导联脑电图测量。
• 系统集成特性 ：内置 4.5 V 低噪声参考源（精度 ±0.2%，漂移 35 ppm/°C）、2.048 MHz 振荡器（精度 ±2.5%）；支持多器件同步（START 引脚）与菊花链级联，可扩展通道数量。

三、工作模式与功能原理

1. 核心架构

采用 “模拟输入→多路选择器→低噪声 PGA→ΔΣ 调制器→数字抽取滤波器→SPI 输出” 架构，每通道独立配置；集成温度传感器、电源监测模块与导联脱落检测电路，偏置驱动放大器支持患者共模电压稳定，降低工频干扰。

2. 主要工作模式

模式	核心配置	关键参数	适用场景
连续转换模式	持续采样，DRDY 周期性触发	采样率 250 SPS-16 kSPS	实时生物电位监测
单次转换模式	触发后单次采样，采样后停止	需重新触发启动下一次转换	低功耗间歇测量场景
导联脱落检测模式	注入检测电流，监测电极阻抗	支持 DC（直流）/AC（7.8/31.2 Hz）模式	医疗电极连接状态监测

3. 关键功能细节

• 模式控制 ：通过 CONFIG4 寄存器选择连续 / 单次模式，START 引脚或命令触发转换；导联脱落检测通过 LOFF 寄存器配置电流大小与频率，LOFF_STATP/LOFF_STATN 寄存器反馈状态。
• 偏置驱动 ：可选择任意通道组合生成患者偏置电压，支持内部（AVDD+AVSS）/2 或外部参考源，通过 BIAS_SENSP/BIAS_SENSN 寄存器配置反馈通道。
• 校准与测试 ：内置自校准电路，支持输入短路校准、温度传感器监测（490 μV/°C）、内部测试信号（±1/±2 mV，频率可编程）。

四、应用场景与设计建议

1. 典型应用领域

• 脑电图（EEG）系统、胎儿心电图监测、睡眠呼吸监测仪、脑电双频指数（BIS）监护仪、诱发电位（EAP）测量设备等医疗仪器。

2. 设计关键要点

• 电源设计 ：模拟与数字电源独立布线，每个 AVDD/DVDD 引脚就近并联 1 μF 陶瓷电容与 10 μF 钽电容；电源纹波需控制在 mV 级，避免工频噪声耦合。
• 输入与接地 ：模拟输入采用差分连接，建议串联 RC 低通滤波器（推荐 C0G/NPO 电容）；PCB 采用单点接地，模拟地与数字地在 ADC 处单点连接，减少地环路干扰。
• 布线与防护 ：电极连接线需屏蔽，远离数字信号线；闲置模拟通道应断电并连接至 AVDD，闲置数字引脚通过≥10 kΩ 电阻拉至 DGND；导联线串联限流电阻（如 51 kΩ），符合医疗电气安全标准。
• 配置优化 ：低信号幅度场景选择高增益（12/24），配合低采样率（250/500 SPS）以降低噪声；启用偏置驱动放大器稳定共模电压，提升 CMRR；多通道系统采用菊花链级联，减少 SPI 接口引脚数量。