EVAL - ADAS1000SDZ评估板：医疗ECG前端评估利器

在医疗电子领域，心电图（ECG）前端设备的评估和开发至关重要。今天，我们就来深入了解一下EVAL - ADAS1000SDZ评估板，它是用于演示和开发ADAS1000集成心电图设备的理想工具。

文件下载：EVAL-ADAS1000SDZ.pdf

一、EVAL - ADAS1000SDZ评估板概述

1. 主要功能

EVAL - ADAS1000SDZ评估板的主要功能是展示ADAS1000集成心电图（ECG）设备在医疗仪器中的应用。它能够处理生物电位信号，将其转换为数字化信号输出。该评估板支持6个电极（5个采集通道和1个驱动导联），配备2个ADAS1000（主/从），可进行1到12导联电极测量。

2. 特点与优势

• 多种检测功能：具备AC和DC导联脱落检测、起搏检测功能，还可进行可选的胸廓阻抗测量（内部/外部）。
• 灵活配置：可选择参考导联，提供导联或电极数据，具有校准功能（DAC和1 mV方波/正弦波）。
• 数据输出灵活：支持低速或高速数据输出速率，串行接口与SPI®、QSPI™、DSP兼容。

3. 应用场景

该评估板适用于多种医疗应用，如ECG监测、患者监护仪、动态心电图监测仪（Holter monitor）以及心脏除颤器等。

二、评估板使用前的准备

1. 评估套件内容

• EVAL - ADAS1000SDZ板：核心评估板，用于连接各种设备和信号源。
• 医疗级通用交流转直流壁式适配器（+5 V）：为评估板提供稳定的电源。
• CD：包含自安装图形用户界面（GUI）软件，可让用户对ADAS1000进行读写操作并流式传输数据；还包含ADAS1000数据手册的电子版本和EVAL - ADAS1000SDZ文档的电子版本。

2. 硬件要求

• 电源供应：需要+5 V的电源，可以使用提供的交流 - 直流适配器。
• 患者模拟器：用于模拟患者的ECG信号，方便进行测试和评估。
• SDP板：用于将数据传输到PC的控制器板，可单独订购（EVAL - SDP - CB1Z）。

3. 软件安装

• 概述：EVAL - ADAS1000SDZ套件的CD中包含自安装软件。在将SDP板连接到PC的USB端口之前，应先安装软件，以确保PC能识别SDP板。
• 详细步骤：启动Windows操作系统，插入CD，安装软件会自动启动。若未自动启动，可运行CD中的setup.exe文件。软件安装分为两部分，先安装与ADAS1000评估板相关的软件，再安装与SDP控制器板相关的软件。安装完成后，通过USB电缆插入SDP板，让新硬件向导运行以检测并加载驱动程序。

三、评估板硬件详解

1. 关键特性

• ECG电极路径：具备5或10条ECG电极路径，能够演示1到12导联的ECG数据。
• 检测与显示功能：支持AC和DC导联脱落检测、呼吸和起搏测量及显示，具有校准功能和测试音调。
• 数据记录与显示：可通过Analog Devices ADAS1000 GUI在PC屏幕上实时显示ECG电极或导联数据，并可记录ECG数据以供离线查看。

2. 电源连接

评估板有多种电源供应选项：

• J9直流插孔：需要5 V、250 mA的电源，可为SDP板和ADAS1000相关电路供电。
• J7螺丝端子：同样需要5 V、250 mA的电源，为板上的直流 - 直流转换器供电，进而为板上所有电路和SDP板供电。
• J5螺丝端子：为ADAS1000设备和板上其余电路提供可选的电源输入。

3. 连接器

• 电极连接器J1：是主要的模拟输入接口，用于连接客户专有的导联线。它是DB15母连接器，与D - SUB插头匹配，提供主从设备的所有ADAS1000电极连接，以及右腿驱动（RLD_OUT）和屏蔽驱动（SHIELD）引脚。
• SDP接口连接器J2：用于与Analog Devices SDP1Z控制板进行接口，该控制板由USB控制，主要用于将评估板作为独立评估和学习平台进行操作。
• 主ADAS SPI连接器J4：提供ADAS1000的数字接口引脚，可使设备在独立模式下使用（无需SDP控制板），方便用户开发自己的代码并直接评估ADAS1000。
• 起搏接口/GPIO连接器J6：为主设备提供可选的辅助接口，用于基于客户的数字起搏检测算法，提供128 kHz数据速率下捕获的ECG数据。

4. 其他硬件组件

• 复位按钮：评估板上有两个复位按钮，SDP复位用于复位SDP板，ADAS复位用于将ADAS1000设备复位到默认/上电配置。
• LED：板上有一个LED（D10），当通过J7（+5 V连接器）为板供电时，LED会亮起。
• 跳线：板上有多个跳线，用于灵活配置。这些跳线允许用户直接驱动主ADAS1000 SPI接口，而无需担心其他SPI控制组件。

四、ADAS1000软件操作

1. 快速操作

• 启动ADAS1000软件，打开主面板。
• 点击“Default Settings”为ADAS1000上电，将设备配置到已知状态。
• 点击“Stream ECG”开始流式传输ECG数据，GUI会自动从评估板读取ECG数据。

2. 主控制面板详细描述

软件启动后，EVAL - ADAS1000SDZ软件的主窗口打开。评估板会自动检测LK12是否插入，以确定是从单个设备（主设备，LK12 = open）还是从两个设备（主设备和从设备，LK12 = inserted）读取数据。主面板上有多个弹出窗口，可用于访问所有寄存器控制、流式传输（ECG、呼吸、起搏和导联脱落）以及写入文件窗口。

3. 寄存器控制

点击主控制面板上的“Program All RW Reg”可访问不同控制寄存器的选项卡。在不同选项卡之间切换时，每次点击选项卡，设备会读取相应寄存器并更新读取寄存器列表。使用“Write Read Reg”可写入数据并读取所有寄存器以确认写入。注意，写入面板的内容可能与ADAS1000寄存器的内容不匹配，因此在使用该面板更新特定寄存器时，应先进行“ReSync Write Reg”操作，确保写入和读取面板匹配，然后再进行更改。还可以使用“Save Reg State”和“Load Reg State”保存和重新加载寄存器设置。

4. ECG捕获

ECG捕获选项卡允许用户在不同数据速率下以向量或电极模式查看ECG模式。通过右侧的选项卡面板可快速配置不同参数，如滤波器、数据速率、功率模式、向量/电极等。还可以使用LabVIEW®滤波器进行额外滤波，并查看捕获的心率。

5. ECG捕获与数字后处理

在ECG捕获窗口中，用户可以使用LabVIEW滤波器（0.05 Hz）查看诊断带宽，并对信号进行交流耦合。软件还支持检测心率。

6. 导联脱落控制

导联脱落选项卡允许用户控制导联脱落检测功能（AC或DC），并设置电流和阈值水平。对于DC导联脱落，注意VCM为1.3 V，因此上限阈值应超过1.3 V以确保检测到导联脱落事件。对于AC导联脱落，阈值水平以振幅表示，可能需要调整以找到合适的检测水平。

7. 呼吸功能

呼吸窗口允许配置呼吸功能并显示呼吸速率。可使用“Quick Respiration Setup”快速配置设备，也可在呼吸寄存器中配置多种选项。

8. 起搏功能

起搏寄存器控制提供多种功能。起搏算法是一个数字算法，可同时在3个导联上运行，能够检测100 µs到2 ms的起搏宽度和400 µV到1000 mV的振幅。用户可以选择每个起搏算法分析的导联，配置不同的阈值水平，使用“Quick Pace Setup”将起搏控制和阈值设置为默认水平并开始流式传输起搏数据。当检测到起搏信号时，帧头会标记，起搏算法会测量检测到的起搏的高度和宽度，并提供该信息以供读取。

9. 写入文件

“Write to File”选项卡允许在一段时间内存储数据捕获。用户可以选择原始（以十进制格式读取和提供数据）、电压（软件计算每个导联/电极的相应电压）或解析（解析出头文件和其余单词并以十进制格式提供）文件进行离线处理。

10. 测试音调

ADAS1000内置测试音调，可输出10 Hz或150 Hz的1 mV正弦波，以及1 mV校准脉冲。要正确查看这些信号，需在ECGCTL寄存器中将ADAS1000配置为电极模式，并且在CMREFCTL寄存器中，不应将任何电极配置为对共模信号有贡献。

11. 共模电平/威尔逊中心端

ADAS1000允许灵活配置共模信号，任何电极都可用于生成共模电平VCM。当没有电极被选用于贡献共模电平时，VCM = VCM_REF（内部1.3 V电平）。还可以配置威尔逊中心端（RA + LA + LL）/3。VCM可输出到CM_OUT引脚，内部使用的VCM电平可以来自内部VCM电平（通过电极选择安排），也可以从CM_IN引脚外部获取。

五、评估板原理图与详细描述

1. 原理图概述

主设备的原理图可参考图46，主设备提供ECG电极RA、LA、LL、V1、V2和RLD，从设备服务于ECG电极V3、V4、V5、V6和一个备用通道。

2. ECG保护

ADAS1000设备板上有标准的ESD单元，ECG输入路径上使用了SP724 SCR/二极管保护阵列，但不提供除颤保护。

3. 可选组件空间

ECG路径上提供了可选组件空间，用于用户提供的电缆和滤波器建模，以及到RLD的下拉电阻。但要注意，这些组件可能会限制DC导联脱落功能的检测。

4. 右腿驱动

右腿驱动放大器或参考放大器用于反馈回路，使患者的共模电压接近ADAS1000系列内部的1.3 V参考电平（VCM_REF），以提供最大的输入动态范围，帮助抑制外部噪声和干扰，并吸收ECG电极上注入的DC或AC导联脱落电流。

5. VREG EN

VREG EN = 1（LK9 open）允许内部LDO电源为DVDD和ADCVDD导轨供电。如果使用J5连接器直接为部件提供DVDD和ADCVDD导轨，则VREG_EN = 0（LK9 closed）可禁用板上的调节器，并移除LK17和LK18。

6. 起搏接口（可选）

通过连接器J6提供可选的起搏接口，这是一个主接口，为外部数字起搏算法提供快速的128 kHz ECG数据。

7. 电源

评估板包含ADP2503降压 - 升压调节器，允许使用3节AA（4.5 V）电池供电。ADP151 LDO提供所需的AVDD = 3.3 V和IOVDD = 3.3 V导轨。

8. 主ADAS1000的灵活呼吸功能

呼吸测量在主设备中进行，呼吸路径具有很大的灵活性，可通过不同路径进行呼吸测量，如内部驱动/通过ECG路径测量、内部驱动/通过ECG/EXT_RESP路径测量、内部驱动/通过EXT_RESP路径测量、外部驱动/通过ECG路径测量、外部驱动/通过EXT_RESP路径测量以及外部驱动/使用外部仪表放大器阶段绕过内部ADAS1000呼吸放大器等。

六、故障排除

1. 硬件故障排除

• 连接ADAS1000 J2到SDP板连接器。
• 为ADAS1000 J9连接器供电，然后将USB电缆连接到SDP J1。ADAS1000板上的D10和SDP板上的LED1应亮起。
• 确认SDP板在设备管理器中可见。
• 测量IOVDD和AVDD的电压，两者应约为3.3 V。
• 启动软件，从主前面板应能够对设备进行读写操作并开始流式传输数据。
• 点击前面板上的“Default Setup”快速配置设备。
• 点击前面板上的“Program All RW reg”确认寄存器内容。
• 如果读写操作不正常，关闭电源，检查ADAS1000芯片是否正确插入，以及固定ADAS1000到板上的夹子是否过紧。必要时更换ADAS1000芯片。

2. 软件故障排除

• 确认安装文件夹（默认C:Program FilesAnalog DevicesADAS1000）中的文件是否存在。如果文件缺失，从CD重新安装软件，安装后可能需要重启。
• 始终在首次将评估板/SDP连接到PC之前安装软件。

七、注意事项

1. ESD注意事项

该评估板是静电放电（ESD）敏感设备，带电设备和电路板可能会在无检测的情况下放电。尽管产品具有专利或专有保护电路，但受到高能量ESD的设备仍可能受损。因此，应采取适当的ESD预防措施，以避免性能下降或功能丧失。

2. 法律条款和条件

使用评估板即表示同意相关条款和条件。评估板仅用于评估目的，不得用于其他用途。用户不得出租、租赁、展示、销售、转让、分配、再许可或分发评估板，也不得允许第三方访问评估板。评估板的所有权归Analog Devices, Inc.所有，用户有保密义务，不得披露或转让评估板的任何部分。ADI可随时终止协议，用户应在终止时归还评估板。ADI对评估板不提供任何形式的保证或担保，其总责任限制为100美元。用户还需遵守美国联邦出口法律和法规。

EVAL - ADAS1000SDZ评估板为医疗ECG前端的评估和开发提供了全面而强大的解决方案。通过了解其硬件特性、软件操作和故障排除方法，电子工程师可以更好地利用该评估板进行相关的设计和开发工作。你在使用类似评估板时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。