ADS1296 6通道24位ADC集成ECG前端技术手册

ADS1294、ADS1296、ADS1298（ADS129x）和ADS1294R、ADS1296R ADS1298R（ADS129xR）是一系列多通道、同时采样、24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。ADS129x和ADS129xR包含了医疗心电图（ECG）和脑电图（EEG）应用中常见的所有功能。凭借高度集成度和卓越性能，ADS129x和ADS129xR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开发。
*附件：ads1296.pdf

ADS129x和ADS129xR每个信道配备一个灵活的输入复用器（多工器），可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，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。ADS129x 和 ADS129xR 的数据速率高达 32 kSPS，从而实现软件节奏检测。引线检测可以在器件内部实现，可以通过上拉或下拉电阻，或激励电流汇或源电路实现。三台集成放大器产生标准12导联心电图所需的Wilson中央终端（WCT）和Goldberger中央终端（GCT）。ADS129xR版本包含完全集成的呼吸阻抗测量功能。多个 ADS129x 和 ADS129xR 设备可以在高通道数量系统中串联，采用菊花链式配置。

套件选项包括一台小型8毫米×8毫米64球BGA和TQFP-64。ADS129x BGA版本的商业温度范围为0°C至70°C。 ADS129xR BGA和ADS129x TQFP版本的工业温度范围为–40°C至+85°C。

特性

• 八台低噪声PGA和八台高分辨率ADC（ADS1298，ADS1298R）
• 低功率：0.75 mW/通道
• 输入参考噪声：4 μV PP （150 Hz BW，G = 6）
• 输入偏置电流：200 pA
• 数据速率：250 SPS 至 32 kSPS
• CMRR：–115 dB
• 可编程增益：1、2、3、4、6、8或12
• 支持符合AAMI EC11、EC13、IEC60601-1、IEC60601-2-27和IEC60601-2-51标准的系统
• 单极或双极电源：
  • AVDD = 2.7 V 至 5.25 V
  • DVDD = 1.65 V 至 3.6 V
• 内置右腿驱动放大器，引线检测，Wilson中心端子，配速检测，测试信号
• 综合呼吸阻抗测量
• 数字配速检测能力
• 内置振荡器和参考
• 兼容SPI™的串行接口

参数

方框图

ADS129x（ADS1294/6/8）与 ADS129xR（ADS1294R/6R/8R）是德州仪器（TI）推出的低功耗高精度模拟前端（AFE）系列，核心优势为 24 位高分辨率、医疗专用功能集成与宽温适配，集成可编程增益放大器（PGA）、ΔΣ ADC 及完整 ECG/EEG 专用模块，符合 AAMI EC11、IEC60601 等医疗标准，适配高精度生物电位测量场景。

一、核心产品参数

1. 基础性能指标

• 通道与精度 ：ADS1294（4 通道）、ADS1296（6 通道）、ADS1298（8 通道），均为 24 位分辨率；积分非线性（INL）典型值 8 ppm，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 4 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）-115 dB（50/60Hz），电源抑制比（PSRR）90 dB，串扰 - 126 dB，抗干扰能力强；信号 - to - 噪声比（SNR）112 dB，总谐波失真（THD）-98 dB，动态性能稳定。
• 功耗与数据率 ：单通道功耗 0.75 mW，支持高分辨率（HR）与低功耗（LP）双模式；数据率 250 SPS~32 kSPS 可调，支持连续 / 单触发采样模式。

2. 环境与封装

• 工作温度：ADS129x 商业级（0°C70°C），ADS129xR 工业级（-40°C85°C），覆盖多场景温度需求；
• 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，可选择内部 / 外部参考电压，抑制共模干扰。
• 导联脱落检测：支持直流（6/12/18/24 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 1/2/3 电极平均模式，噪声低至 330 nV RMS。
• 起搏检测：支持软硬件双模式，硬件模式通过 TESTP/TESTN 引脚输出 PGA 信号至外部电路，软件模式利用 32 kSPS 高采样率实现脉冲检测。
• 呼吸测量（仅 ADS129xR）：集成阻抗呼吸测量模块，支持内部 / 外部调制信号，测量噪声低至 20 mΩPP，适配呼吸频率监测。

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、脑电双频指数（BIS）监测仪；
• 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、呼吸测量等功能，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：支持高分辨率（HR）与低功耗（LP）模式切换，HR 模式优化动态性能，LP 模式降低功耗；支持连续采样与单触发采样，适配不同数据采集需求。
• 多设备协同：支持菊花链级联，可通过 START 引脚同步多设备采样，适配高通道数系统扩展。

四、产品优势与选型适配

• 核心优势：24 位高分辨率适配弱生物信号采集；医疗功能高度集成，简化设备设计；ADS129xR 系列支持呼吸测量与工业级宽温，适配严苛场景；支持多设备级联，通道扩展性强。
• 选型建议：4 通道需求选 ADS1294/1294R，6 通道选 ADS1296/1296R，8 通道选 ADS1298/1298R；需呼吸测量或宽温工作选 R 系列；低功耗场景优先启用 LP 模式。