ADS1194/6/8 多通道生物电位测量模拟前端产品总结

ADS1194/6/8 是一系列多通道同步采样、16位、δσ（ΔΣ）模数转换器（ADC），内置可编程增益放大器（PGA）、内部参考和板载振荡器。

凭借其高度集成度和卓越性能，ADS1194/6/8系列能够以显著降低体积、功耗和整体成本的可扩展医疗仪器系统。
*附件：ads1194.pdf

ADS1194/6/8 每个通道配备一个灵活的输入复用器，可独立连接到内部生成的信号，用于测试、温度和引出检测。此外，输入通道的任何配置都可以选择用于推导右脚驱动（RLD）输出信号。ADS1194/6/8 的数据速率高达 8kSPS，从而实现软件节奏检测。引线检测可以在器件内部实现，可以通过上拉/下拉电阻或激励电流汇/源来实现。三台集成放大器产生威尔逊中心终端（WCT）和戈德伯格终端（GCT），用于标准12导联医疗心电图（ECG）。

多个ADS1194/6/8设备可以在高通道数量系统中串联，采用菊链结构。

包装选项包括一台小型8毫米×8毫米、64球BGA和TQFP-64。两种封装均在0°C至+70°C的温度范围内规范。

特性

• 八台低噪声PGA和
  八台高分辨率ADC（ADS1198）
• 低功耗：0.55mW/通道
• 输入参考噪声：12μV PP （150Hz BW，G = 6）
• 输入偏置电流：200pA
• 数据速率：125SPS 至 8kSPS
• CMRR：–105dB
• 可编程增益：1、2、3、4、6、8或12
• 支持 AAMI EC11、EC13、IEC60601-1、IEC60601-2-27 和 IEC60601-2-51 标准
• 耗材：单极或双极
  • 模拟电压：2.7V至5.25V
  • 数字电压：1.65V 至 3.6V
• 内置右脚驱动放大器，导引检测，WCT，测试信号
• 配速检测通道选择
• 内置振荡器和参考
• 灵活断电，待机模式
• 兼容SPI™的串行接口
• 工作温度范围：
  0°C至+70°C
  参数
  
  方框图

ADS1194/6/8 是德州仪器（TI）推出的低功耗多通道 16 位模拟前端（AFE）系列，核心优势为高集成度、低噪声与医疗专用功能，集成可编程增益放大器（PGA）、ADC 及 ECG 专用模块，适配心电图（ECG）、脑电图（EEG）等生物电位测量场景，符合 AAMI EC11、IEC60601 等医疗标准。

一、核心产品参数

1. 基础性能指标

• 通道与精度 ：ADS1194（4 通道）、ADS1196（6 通道）、ADS1198（8 通道），均为 16 位分辨率；积分非线性（INL）±1 LSB，增益误差 ±0.5% FS，通道间增益匹配 0.3% FS，精度一致性优异。
• 输入与噪声 ：可编程增益 1/2/3/4/6/8/12 档，增益 = 6 时输入参考噪声 12 μVPP（150Hz 带宽）；输入偏置电流 200 pA，输入阻抗≥1 GΩ，适配高阻抗生物电极。
• 动态性能 ：共模抑制比（CMRR）-105 dB（50/60Hz），电源抑制比（PSRR）85 dB，串扰 - 100 dB，抗干扰能力强；信号 - to - 噪声比（SNR）97 dB，总谐波失真（THD）-95 dB，动态性能稳定。
• 功耗与数据率 ：单通道功耗 0.55 mW，ADS1194（4 通道）典型功耗 3 mW（3V 供电）；数据率 125 SPS~8 kSPS 可调，支持连续 / 单触发采样模式。

2. 环境与封装

• 工作温度：0°C 至 70°C，满足医疗设备常温工作要求；
• 封装形式：64 引脚 TQFP/BGA 封装，RoHS 兼容，引脚镀层为 NIPDAU/SNAGCU，MSL 等级 3，峰值回流温度 260°C；
• ESD 防护：人体模型（HBM）±2 kV，充电设备模型（CDM）±500 V，防护性能适配医疗设备操作环境。

二、关键功能特性

1. 医疗专用集成功能

• 右腿驱动（RLD）：集成 RLD 放大器，支持自定义电极通道组合生成驱动信号，抑制共模干扰，可通过寄存器配置内部 / 外部参考电压。
• 导联脱落检测：支持直流（4/8/12/16 nA 电流源）与交流两种检测模式，可单独配置各通道正负电极检测，状态通过寄存器实时反馈。
• 威尔逊中心终端（WCT）：集成 3 个低噪声放大器，生成 12 导联 ECG 所需的 WCT 参考电压，支持 2/3 电极平均模式，噪声低至 330 nV RMS。
• 起搏检测：支持硬件起搏信号检测，可选择任意两个通道的 PGA 输出至 TESTP/TESTN 引脚，适配外部起搏脉冲检测电路。

2. 灵活配置与接口

• 电源与参考：模拟电源 2.7V5.25V，数字电源 1.65V3.6V，支持单极性 / 双极性供电；内置 2.4V/4V 可编程参考源，也可外接低噪声参考。
• 控制接口：SPI 兼容串行接口，支持连续读数据（RDATAC）与单次读数据（RDATA）模式；4 个 GPIO 引脚，可配置为输入 / 输出，支持多设备级联（菊花链模式）。
• 辅助功能：内置温度传感器（490 μV/°C）、内部测试信号（幅度 / 频率可编程），支持电源电压、偏移电压测量，便于系统校准与诊断。

三、应用与设计要点

1. 典型应用场景

• 医疗设备：患者监护仪、动态心电图（Holter）、除颤仪（AED）、睡眠监测设备；
• 生物信号采集：脑电图（EEG）、肌电图（EMG）、诱发电位测量；
• 高精度数据采集：多通道低噪声信号采集系统、便携式医疗仪器。

2. 硬件设计建议

• 供电与去耦 ：模拟电源（AVDD）与数字电源（DVDD）独立供电，电源引脚就近放置 0.1 μF 陶瓷电容 + 1 μF 钽电容去耦，模拟地（AVSS）与数字地（DGND）单点连接，减少噪声耦合。
• 电极接口：输入串接 5 kΩ 保护电阻与 10 pF 滤波电容，形成 EMI 防护电路；RLD 引脚外接 1 MΩ 电阻与 1.5 nF 电容，稳定反馈环路。
• 布局规范：模拟信号与数字信号分区布线，电极输入线短且屏蔽，避免与数字时钟线交叉；裸露焊盘（BGA 封装）焊接至接地平面，提升散热与抗干扰性能。

3. 软件与配置

• 寄存器配置：通过 SPI 接口配置通道增益、数据率、RLD / 导联脱落检测等功能，支持寄存器读回验证；提供唤醒、待机、复位等系统命令，便于功耗管理。
• 工作模式：支持连续采样与单触发采样，可通过 START 引脚或命令同步多设备；数据格式为二进制补码，含 24 位状态字（含导联脱落状态、GPIO 状态）。
• 医疗功能配置：通过寄存器选择 RLD 电极组合、WCT 放大器使能、起搏检测通道，适配 12 导联 ECG 等标准医疗配置。

四、产品优势与选型适配

• 核心优势：高度集成 PGA、ADC 及医疗专用模块，简化医疗设备设计；低噪声、高 CMRR 适配生物弱信号采集；支持多设备级联，可扩展通道数。
• 选型建议：4 通道需求选 ADS1194，6 通道选 ADS1196，8 通道选 ADS1198；需更高分辨率（24 位）可选择 ADS1294/6/8 系列；需宽温工作（-40°C~85°C）可选择 ADS1294R/6R/8R 系列。