Giriş Giriş Giriş

Uygun sağlık teknolojisi, önümüzdeki beş yıl içinde 100 milyar doları aşacak şekilde ilerlemeye devam etti, uzaktan hasta izleme ve önleyici bakım.Her sensör arayüzünün çekirdeği sessiz ama vazgeçilmez bir devre elemanı: buffer amplifikatör.G, yüksek çözünürlükte biyosensorlar ve analog-to-dijital dönüştürücü (ADC) ile donatılmış, güvenli bir şekilde yük yüklemeye karşı hassas bir şekilde yük kaldırmaya karşı hassas bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabitlenebilir.

İyi motorlu bir tampon, bir para hücresi üzerinde aylarca çalışabileceği kadar az enerji çizer, sadece bir gruptan indiğinde ve hareket eserlerden ve Hz.Öğrenme analarından gelen müdahaleyi reddeder.Bu makale, bu tasarım sürecinin her katmanını incelerken, bir gruplamadan daha ince bir şekilde aydınlatmalı bir şekilde kontrol edilebilir bir şekilde hareket eden temel sağlık kontrole ihtiyaç duyar.

Buffer Amplifiers in Wearable Signal Chains

Bir tampon yükseltici, genellikle bir birlik-geri gerilimi takip eden olarak uygulanır, birkaç megaliften yüzlercesini aşabilecek bir giriş ve bir çıkış ohms'u kapatamazken, sonraki amplifikasyon aşamasından veya ADC girişi kapasitance, elektromiyografi (EMG), elektromisyon (EMG) -gel veya kuru elektromisyon 10 kULLm'dan 1 MULL'ye kadar uzanan bir sinyale kadar uzanan bir uyarıyı gösterir.

Fotoplethysmography (PPG) sensörleri, kan hacimlerini ışık absürtle ile ölçen sensörler, ayrıca transimpedans amplitüdünün çıktısını bozmaz. Sıcaklık sensörleri, biyodikatör elektrotlar ve pastazoelektrik, yüksek çözünürlüklü bir filtreden de faydalanmalıdır. Tüm durumlarda, bubelli bir sürücüyü geri yükleme işlemine geri döndüremez.

Bu yerleştirme, sensörü aşağılayıcı dijital gürültüden ayırıyor. sensöre yakın bir şekilde yerleştirdikten sonra, yüksek hacimli bir izden elektromanyetik müdahaleye kadar sinyali en aza indiren yüksek çözünürlükte bir iz haline getiriyorlar. Ayrıca, bu disk, sensörin DC'nin bir anten olarak farklılaştığında, ancak bir tamponun birkaç milimetresi içindeki bir hatanın sinyalini düşük devre dışı bırakmalı bir şekilde otomatikleştirebilmeyi gerektirir.

Portatif Tıbbi Giyilebilirlik için kritik tasarım parametreleri

Ultra-Low Quiescent Current ve Power Budget

Bir şişede güç tüketimi, kullanıcının şarj veya cihazın yerini alması gerektiğini belirtir.Bir tampon yükseltici çizim 1 μA of quiescent current (I)Q[D:0) 3 V demiryolunun 3 μW'den fazla olması gerekir - birkaç tane mikroplik kanalda birkaç yüz algılama kanalının tek bir tamponunu kullanabilir.

Power Optimizasyonu I)Q)'nin ötesinde genişletilebilir; daha yüksek yük kapasitesi dinamik akımları artırır. Tasarımcılar genellikle düşük: ECG sinyalleri, kapasitif ADC örneği-ve bir kaç tane daha fazla ekran görüntüsü seçmek için yeterlidir.

Miniaturizasyon ve Bitirme Entegrasyonu

Bir kap bandında veya göğüs yamaı üzerindeki fiziksel hacim eksirle. Chip-scale paketler (WCSP veya DSBGA) ayak izi ile 1 mm2'den daha küçük olan, ancak güvenilir bir şekilde satılan kablo tasarımı gerektirir.SOT-23-5 veya SC-70-5 paketler, birden fazla kanala ihtiyaç duyulduğunda bileşeni azaltır ve ortak bir tedarik tutar.

Gelişmiş entegrasyon daha da ileri sürüyor: Bazı üreticiler bir tampon, anti-aliasing filtresi birleştirir ve ADC sürücüsü tek bir küçük pakette kaçınır. 1 μF tedarik cihazı sadece 0 × 0.3 mm'lik bir paketle şarj edilir, tek bir dizi kapasitör ve daha büyük bir yansayıcıya karşı direnç kazanırsa, daha sık sık kullanılan bir kombine devre dışı bırakılabilir.

Gürültü Performansı ve Signal Fidelity

Uygun biyosignallar genellikle 1 mV'nin altında, yarı hücreli bir DC alt yüzeysel sinyale sahip yüksek gürültüyü maskelemek için uygun gürültüye katkıda bulunmalıdır. (flicker) ve bantdaki toplam giriş gürültüsü için 100 nV / GAZ’nin altındayken, yüksek çözünürlükte yüksek frekanslı bir sinyalli sinyalli yüksek frekanslı sinyalli yüksek frekanslı sinyalli yüksek frekanslı bir sinyale sahip olan yüksek frekanslı gürültüyü azaltmalıdır.

Bir başka gürültü, geçiş frekansında mükemmel bir güç kaynağı (PSR) ile bir yol açıyor - 80 dB'nin üzerinde bir yol - düşük performanslı bir sinyal düzenleyicisi ile karıştırılıyor, dijital kanaldan gelen hassas demiryolu analogları ayırır.

Offset gerilim ve Dinamik Range

Buffer'in girişi, sinyalin kendisi için, özellikle de ECG veya EEG için sıfır-drift (chopper-stabilized) artırılmış gerçeklik (örneğin, yüksek çözünürlükte) bir diziyi dengelemek için daha iyi bir şekilde ayarlayın.

Sensörler ve Digitizers ile uyumluluk

Buffer'in giriş ortak noktası, ADC'nin dinamik aralıksız geçişini tamamen kullanmak için elektrot dengeleme gerilimi artı uygun olmalıdır.Intraffer's input op-amps are almost required for single-ely wearable systems where a 1.8 V or 3.3 V Supply is shared. Benzer şekilde, çıktı ADC'nin dinamik aralığına tamamen yakın olmalıdır.

Elektrostatik deşarj (ESD) koruma da dikkate alınmalıdır: Buffer giriş, insan vücuduna dokunabilecek elektrotlara bağlanır, bu statik şarj sağlar. 2 kV insan vücut modeli koruması ile birlikte 2 kV bağlantı, ancak dışsal bileşenlere (1-10 kULL) ve girişe yakın küçük bir TVS diyotunu daha sert bir şekilde sokabilir. Yüksek performanslı tıbbi tasarımlarda, IEC 61000-4-2 seviyesi 4 (8 kV kontakt, 15 kV hava) koruma genellikle gereklidir, ki, bu dışsal bileşenler yardımcı olur.

Low-Power Buffer Amplifiers için bileşenleri seçin

En İyi Sınıf Operasyonel Amplifiers

Doğru aparat seçmek güç, gürültü ve boyut ticareti yakınlaştırır.Aff-amp, örneğin Texas Instruments'tan 500 nA'yı kanal başına alır, 8 kHz'nin GBW'si ve 100 Hz'deki 264 nV/128 gerilim gürültüyü sunar - birçok tüketicinin giyilebilir olduğu varsayılabilir.

Cihazları karşılaştırırken, 35 °C'ye yakın çalışan akü hayatını inceleyebilir. Ayrıca, dış tazminat almadan bir araya gelmediğini doğrulayın)Q), yüksek sıcaklıklarda, batarya ömrünü azaltır ve potansiyel olarak düşük giriş süresine sahip olan cihazlar için geçerlidir.For applications-ampiyonel giriş noktalarının altında kalıcı olarak geçerlidir.

Pasif piyon Seçenekleri

Biyopotansiyel kanallarda AC darbesi için, bir dizi seramik kapasitör 0.1-1 μF bir COG /NP0 dielektrik, düşük sızıntı ve minimum gerilim katlarının nedeni ile hassas-paratlı ağ, giriş ortak-mode gerilimi oluşturan iki 10 MULLAH direnç, bir gerilim bölmesi oluşturabilir; bu dirençler, 0402 veya 0603 ince film bileşenleri olarak uygulanır ve elektrot gürültüsünün altında olan Johnson gürültüyü destekler.

Kanal üzerindeki borçlular veya ferrite beads, belirgin bir yüksek çözünürlük olmadan RF müdahalesini bastırabilir, ancak yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (MLCC) kontrol eder ve DC önyargılı bir şekilde şarj edilebilirlik için 1 μF X5R kapasiteli olarak, 3 V'de önyargılı bir şekilde kontrol edilebilir bir şekilde azalır.

Güçlendirme Strategies Beyond Cons Selection

Görev Bisikleti ve Burst-Mode Operasyon

Giysili cihazlar sürekli izlemeye gerek yok; genellikle her pencereden ikinci kez uçarak veya ölçümler arasında bir kapatma veya kesintiye uğramak için bir kez daha sönüklükten gelen bir sızıntıyı içerirler.Bulutlamalar genellikle on milisaniye kadar alınırsa, bu yüzden tüm zincir uykuyu değiştirir.

Gerginlik ve Adaptif Biasing

Bir batarya geriliminin değiştiği sistemlerde (örneğin, 3.0 V lityum para hücresi 2.0 V'ye son olarak düşer), daha basit bir uygulama için tasarlanmış bir tampon, sinyalin sabit olmayan ve en basitleştirilmiş bir elektrik devrelerinin altında tutulmasına göre tüm kullanımları sağlar.

Elektromanyetik Uyumluluk ve Gürültü Immunity için tasarım

Bu, yüksek çözünürlükte, onları aynı potansiyele giriş (guard) veya zemin içinde dijital elektronik olarak müdahale etmeye karşı çalışır.Bu, PCB düzeni ile başlar: Parasimpedans izlerini mümkün olduğunca kısa tutmak, aynı potansiyele doğru kaydırmak için, giriş (guard) veya zemin altında, onları tek bir mikro izle birlikte, bir zemindeki bir sabit istasyonda sürükleyen bir zeminde tutmak gerekir.

Düşük frekanslı filtre, belirtildiği gibi, düşük frekanslı bir filtreyi etkilemeden giriş hatlarında çift göreve hizmet eder ve bir müdahaleye engel olur. ECG için, 3 kHz RC filtre yeterli olabilir; EMG için, 10 kHz filtre. Bazı tasarımcılar, daha iyi bir şekilde etkili olabilir. sonuçta, doğru bir vücut yapılandırmasını kullanarak tasarıma uygun bir şekilde analiz edebilir.

Termal Tahminler ve Reliability

Buffers minimum güç tüketse de, kendi ısıtımı DC dengelemeyi etkileyebilir ve hassas devrelerde sürüklenebilir. Çok kanallık AFE, birkaç aftan kombine ısıyı kullanarak, ADC ve Bluetooth radyosu, bu sürüklenmeyi neredeyse ortadan kaldırır, ancak daha yüksek bir bakırdan yüksek ısınır.

En İyi Uygulamalar Yapılabilir PCBler

Kompaj yerleştirme, tahtanın son derece sınırlı olduğu giyilebilir tasarımlarda kritiktir.Bu, elektrot veya sensör çıkışına fiziksel olarak mümkün olduğunca yakın bir şekilde oturmayı engelleyebilir.Bu, üst tabakada ve af-ampiyon olmayan giriş veya yere bağlı yüksek çözünürlükte (örneğin, sabit bir göğüs telleri) sabit bir şekilde monte edilir.

Pratik Tasarım Örneği: Bir Fotoplethysmography (PPG) Buffer

Bir yeşil LED ve fotodiode kullanarak bir bileği tabanlı bir gözlem düşünün.Mevcut fotoğraf, transimpedans yükselticisi tarafından bir gerilime dönüştürülür, yaklaşık 100 mV AC sürüşü, ortam ışığıyla yavaş yavaş yavaş değişen 1 V DC arka planını çizer.Bu sinyal, 12bit ADC'yi bir giriş örneği ile alır [QD][X][0]

Devre basit: Transimpedans yükselticisinin çıkışı doğrudan non-inverting PP'nin yarısına bağlanır, böylece aktıdaki toplam 1 μF X7R kapasitelidir ve 1 mm'lik bir pakette 1 mm'lik bir hidroksitle sabitlenir.

PCB düzeni notları: TIA çıkışından gelen giriş, bir zemin dökmesiyle çevrili olan 0.15 mm geniş bir çizgi olarak yönlendirilir.Returnback izi, 2 mV yüksek frekanslı gürültünün çıktısı, doğru bir sabitleme ile doğrudan zemin ayarı yapılır.For improve noise performansı için, a 10 nF kapasitelilik cihazı doğrudan doğruya yerleştirilir.Bu ayarlı bir tedarik kaynağın başına sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir akışla sabit bir şekilde sabit bir akış sağlar.

Depresif Prototipleme ve Geçerlilik

Son bir ürüne entegre etmeden önce, buffer tasarımı, 47 nF ile paralel olarak gerçek sensörlerin doğrulanması gerekir - tamponun DC sürüklenmesi ve düşük yanıt frekansının belirlenmesi.Bir test jig bu, deriyi yüksek hacimli bir optik ile ilişkilendirir - konu yürüyüşü veya hareket eden herhangi bir değişkenlik süresine uygun olmayan bir şekilde hareket eder.

Firmaware destek rol oynar: ADC'nin ardından dijital dengeleme iptali, buffer'in DC hassas gereksinimini rahatlatabilir, yüksek hacimli bir üretim kullanımına izin verir, sıcaklık ve tedarik gerilimine karşı, birkaç yüz örnek kullanarak, ADC'yi satacak kadar dengelemeyi sağlamamalıdır.Iterative co-design between Hardware and Hardware team lead to the optimal denge[tr|size yönelik testler için eklenmez).

Future: Entegre AFEs ve Enerji

Sürekli ısıtıcıya doğru gidiyor, daha rahat giyilebilir cihazlar yeni yüksekliklere analog entegrasyon sağlıyor. Bugün Maxim MAX30001 veya TI ADS1292 gibi uçları, EMI filtreleme, tamponlar, programlanabilir bir tane dahaki bu diskoparlama fonksiyonunu tam olarak optimize ederek, birçok ayrı tasarım zorluklarını kapatıyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Sert, düşük güç tampon amplitüdünü tasarlayın, kullanılabilir bir bileşen seçimi, güçlendirici bir mimari ve hassas düzeni kullanın.Buffer, kırılgan biyosignalların bütünlüğüne kulak vermek için, kalan elektronikler için çalışmaya devam ederken, geri kalan elektronik filtreye öncelik vererek, sabit olmayan bir manyetik ortamı kullanarak, sabit olmayan bir şekilde yeniden tasarlamaya ve küçük enerji tasarrufuna izin veren, çok kanallık için bir pompalayıcıya devam edebilir.