ADS1298 八通道 24 位生物电位测量模拟前端（AFE）总结

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：ads1298.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

ADS1298 是德州仪器（TI）推出的八通道 24 位高精度模拟前端，核心优势为集成低噪声可编程增益放大器（PGA）、右腿驱动（RLD）、导联脱落检测、Wilson 中心端（WCT）等医疗专用功能，适配 ECG/EEG/EMG 等生物电位信号采集，符合 AAMI EC11、IEC60601 等医疗标准，是便携式医疗设备的高集成度解决方案。

一、核心产品参数

1. 基础性能指标

• 分辨率与采样率 ：24 位分辨率（低数据率下），采样率 250 SPS~32 kSPS 可调；支持高分辨率（HR）与低功耗（LP）双模式，HR 模式最高 32 kSPS，LP 模式最高 16 kSPS。
• 输入与增益 ：内置 PGA，增益可编程（1/2/3/4/6/8/12 倍）；差分输入电压范围 ±VREF/Gain，输入偏置电流 200 pA，输入阻抗≥1000 MΩ，适配微弱生物电信号。
• 动态与静态精度 ：共模抑制比（CMRR）-115 dB（50/60Hz），电源抑制比（PSRR）90 dB；输入参考噪声 4 pVpp（150Hz 带宽，G=6）；积分非线性（INL）±8 ppm，增益误差 ±0.5% FSR，精度优异。
• 噪声与失真 ：信噪比（SNR）112 dB（10Hz 输入），总谐波失真（THD）-98 dBc（10Hz 输入），通道间串扰 - 126 dB，信号纯净度高。

2. 环境与封装

• 工作温度：工业级版本 - 40°C85°C，商业级版本 0°C70°C，适配医疗设备严苛环境；
• 封装形式：64 引脚 TQFP（PAG）与 64 球 NFBGA（ZXG），RoHS 兼容，MSL 等级 3，峰值回流温度 260°C；
• ESD 防护：人体模型（HBM）±2kV，防护性能可靠；
• 功耗：每通道功耗 0.75 mW（3V 供电），待机模式功耗低至 2 mW，适合电池供电设备。

二、关键功能特性

1. 医疗专用功能

• 导联脱落检测：支持 DC（上拉 / 下拉电阻、电流源）与 AC（带外信号激励）两种模式，可检测正负电极连接状态，阈值与电流可编程。
• 右腿驱动（RLD）：集成 RLD 放大器，支持内部 / 外部参考电压，可选择多通道信号平均作为反馈，抑制共模干扰，稳定输入共模电压。
• Wilson 中心端（WCT）：内置 3 个低噪声放大器，生成 12 导联 ECG 所需的 WCT 参考电压，支持单 / 双 / 三电极平均，可独立关断节能。
• 起搏检测：支持硬件（PGA 输出直接引出）与软件（32 kSPS 高采样率）两种模式，适配起搏器脉冲检测（最小 0.5ms 脉冲）。

2. 信号优化与配置

• 多模式工作：支持连续转换与单次触发模式，八通道同步采样，数据输出含 24 位状态字（导联脱落、GPIO 状态）。
• 参考与校准：内置 2.4V/4V 可编程参考源（精度 ±0.2%），支持外部参考输入；提供内部测试信号（±1/±2 mV），便于系统校准。
• 呼吸测量（ADS1298R 版本）：集成呼吸阻抗测量功能，支持 32/64 kHz 调制频率，相位可编程，适配胸阻抗呼吸监测。

3. 接口与控制

• 通信接口：SPI 兼容串行接口（CS/SCLK/DIN/DOUT），支持菊花链（Daisy-Chain）多器件级联，最多可扩展至数十通道。
• GPIO 功能：4 个通用 I/O 引脚，可配置为输入 / 输出，支持呼吸控制、起搏检测等功能扩展。

三、应用与设计要点

1. 典型应用场景

• 医疗仪器：心电图（ECG）、脑电图（EEG）、肌电图（EMG）设备；
• 患者监测：Holter 记录仪、应激测试设备、远程医疗监测终端；
• 专用设备：麻醉深度监测（BIS）、睡眠监测仪、除颤仪（AED）。

2. 硬件设计建议

• 外部元件 ：模拟电源（AVDD）2.7V5.25V，数字电源（DVDD）1.65V3.6V，需各外接 0.1μF 与 1μF 去耦电容；VCAP1/VCAP2/VCAP3/VCAP4 引脚需按规格外接滤波电容，贴近引脚放置。
• 输入配置：差分输入建议串联 5~15Ω 电阻抑制振铃，AC 耦合电容选择低噪声陶瓷电容；共模电压需匹配内部 0.95V 基准，建议通过 RLD 稳定共模电平。
• 接地与防护：模拟地（AVSS）与数字地（DGND）单点连接，敏感信号远离数字时钟线；导联输入需加 ESD 防护电路，符合医疗设备 IEC61000-4-2 标准。

3. 软件与配置

• 采样率选择：工频干扰严重场景选低采样率（如 500 SPS），高速起搏检测选 32 kSPS；
• 功能配置：通过寄存器开启 RLD、导联脱落检测、WCT 等功能，通道可独立关断节能；
• 数据读取：支持连续读取（RDATAC）与单次读取（RDATA）模式，DRDY 引脚指示数据就绪，24 位二进制补码输出。

四、产品优势与选型适配

• 核心优势：高度集成医疗专用功能，减少外部元件数量；低噪声、高 CMRR 特性适配微弱生物电信号；支持多器件级联，通道扩展灵活；符合医疗安全标准，缩短产品认证周期。
• 选型建议：专为生物电位测量设计，适用于需要高精度、多通道、低功耗的医疗设备；ADS1298R 版本新增呼吸阻抗测量，适配一体化生命体征监测设备；需配合低噪声基准源与医疗级电极使用，充分发挥性能优势。