該AFE4960P支持心電圖、PPG和生物阻抗信號(hào)的同步信號(hào)采集。PPG信號(hào)鏈由LED電流驅(qū)動(dòng)器和檢測(cè)PD信號(hào)的接收器組成。AFE 可以配置為 2 通道 ECG 接收器或 1 通道 ECG 接收器和呼吸阻抗通道。AFE 信號(hào)鏈可以靈活地連接到多達(dá) 4 個(gè)電極。AFE 具有交流和直流引線偏置以及引線開/關(guān)檢測(cè)功能。一個(gè)通道支持起搏器脈搏檢測(cè)。所有信號(hào)鏈輸出均由單個(gè)ADC在明確定義的時(shí)隙中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并以24位字的形式存儲(chǔ)在128個(gè)樣本的FIFO中，可以使用SPI或I讀出^2^C 接口。該AFE4960P可用于實(shí)現(xiàn) 3 導(dǎo)聯(lián)心電圖系統(tǒng)以及 SpO2。
*附件：afe4960p.pdf

特性

• 支持心電圖和呼吸阻抗測(cè)量;可配置為 2 通道心電圖或 1 通道心電圖 + 1 通道呼吸
• 可用于符合 IEC 60601-2-47：2012/（R）2016 和 IEC 60601-2-27：2011（R）2016 標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)
• 222 μA/通道，作為 2 通道 ECG 運(yùn)行
• 在 1 個(gè)通道上集成 Pace 脈沖檢測(cè)
• 支持 3 導(dǎo)聯(lián)心電圖，可通過并聯(lián)作兩個(gè)或多個(gè) AFE 擴(kuò)展至 5 導(dǎo)聯(lián)或更高
• 用于 SpO2、心率和 PTT 的 PPG 信號(hào)鏈
• 心電圖信號(hào)鏈：
  • 單通道心電圖采集頻率高達(dá) 2.048 kHz
  • 2 通道心電圖采集，高達(dá) 1.36 kHz/通道
  • RLD 輸出通過第三個(gè)電極設(shè)置主體偏置
  • 可編程INA增益約為2至12

  • 1 GΩ 輸入阻抗，CMRR > 100 dB

  • 輸入噪聲 （0.5-150 Hz）：13 μVpp，INA 增益為 3;INA增益為12時(shí)為5 μVpp
  • 集成 370 Hz 抗混疊低通濾波器
  • 連續(xù)導(dǎo)聯(lián)開/關(guān)檢測(cè)模式
  • 引線阻抗測(cè)量模式
• Bio-Z 信號(hào)鏈：
  • 測(cè)量 30 kHz 至 100 kHz 激發(fā)頻率上的生物阻抗
  • 正弦波或方波激勵(lì)
  • 呼吸阻抗測(cè)量：45 mΩ-pp 噪聲，基線阻抗為 2 kΩ
• 雙通道心電圖通道：
  • Bio-Z 接收器可配置為 2^nd^心電圖通道
• PPG信號(hào)鏈
  • 支持采集多達(dá) 24 個(gè) PPG 信號(hào)
  • 每相靈活分配 4 個(gè) LED，4 個(gè) PD
  • 8 位 LED 電流控制高達(dá) 250 mA
  • 輸入端的低噪聲電流DAC可消除直流電
  • 跨阻增益：3.7 kΩ 至 1 MΩ
  • 濾波器可降低傳感器的光學(xué)噪聲帶寬
• 外部時(shí)鐘和內(nèi)部振蕩器模式
• 具有 128 個(gè)樣本深度、24 位字的 FIFO
• SPI^TM的^我^2^C 接口：可通過引腳選擇
• 2.6 mm × 2.6 mm DSBGA，0.4 mm 間距
• 電源：Rx：1.7-1.9 V，I O ：1.7-1.9 V ， 發(fā)射： 3.0-5.5 V

參數(shù)

一、產(chǎn)品核心定位

AFE4960P 是德州儀器（TI）推出的 多參數(shù)臨床可穿戴設(shè)備專用模擬前端（AFE） ，專為心電圖（ECG）、呼吸阻抗監(jiān)測(cè)及起搏器脈沖檢測(cè)設(shè)計(jì)，支持同步采集 ECG、光體積描記（PPG）與生物阻抗（Bio-Z）信號(hào)。其核心優(yōu)勢(shì)在于高集成度、低功耗與臨床級(jí)精度，采用 2.6mm×2.6mm 36 引腳 DSBGA 超小封裝，可在 - 40°C 至 + 85°C 溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，適配符合 IEC 60601-2-47、IEC 60601-2-27 標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)療設(shè)備，如無線監(jiān)護(hù)貼片、心律失常事件監(jiān)測(cè)儀、手持 / 便攜式多導(dǎo)聯(lián) ECG 設(shè)備。

二、關(guān)鍵特性

1. 多參數(shù)信號(hào)采集能力

• ECG 信號(hào)鏈 ：
  • 靈活配置：支持 2 通道 ECG 采集（每通道最高 1.36 kHz 采樣率），或 1 通道 ECG+1 通道呼吸阻抗采集，可擴(kuò)展為 3 導(dǎo)聯(lián) ECG，多器件并聯(lián)可實(shí)現(xiàn) 5 導(dǎo)聯(lián)及以上配置。
  • 高精度性能：輸入阻抗＞1 GΩ，共模抑制比（CMRR）＞100 dB，有效抑制人體共模噪聲；0.5-150 Hz 輸入噪聲低至 13 μVpp（INA 增益 = 3 時(shí)）、5 μVpp（INA 增益 = 12 時(shí)），滿足臨床級(jí) ECG 信號(hào)精度需求。
  • 輔助功能：集成 370 Hz 抗混疊低通濾波器，避免高頻噪聲干擾；支持 AC/DC 導(dǎo)聯(lián)偏置與導(dǎo)聯(lián)通斷檢測(cè)，確保信號(hào)采集可靠性；1 通道支持起搏器脈沖檢測(cè)，適配心臟起搏器患者監(jiān)測(cè)。
• 呼吸阻抗（Bio-Z）信號(hào)鏈 ：
  • 測(cè)量范圍：激勵(lì)頻率 30 kHz-100 kHz，支持正弦波 / 方波激勵(lì)，基線阻抗 2 kΩ 時(shí)噪聲僅 45 mΩpp，精準(zhǔn)捕捉呼吸引起的阻抗變化。
  • 功能復(fù)用：Bio-Z 接收端可配置為第二 ECG 通道，提升硬件利用率。
• PPG 信號(hào)鏈 ：
  • 多光源 / 探測(cè)器支持：可靈活分配 4 個(gè) LED、4 個(gè)光電二極管（PD），8 位可編程 LED 電流控制（最高 250 mA），適配不同波長(zhǎng) PPG 信號(hào)（如紅光、紅外光用于血氧（SpO?）監(jiān)測(cè)）。
  • 低噪聲接收：集成低噪聲電流 DAC 抵消直流分量，跨阻增益可配置（3.7 kΩ-1 MΩ），搭配光學(xué)噪聲帶寬濾波器，減少環(huán)境光與傳感器噪聲干擾。

2. 低功耗與臨床級(jí)可靠性

• 超低功耗 ：2 通道 ECG 工作時(shí)每通道僅 222 μA 電流，適配電池供電的可穿戴設(shè)備，延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間。
• 高抗干擾能力 ：
  • 右腿驅(qū)動(dòng)（RLD）輸出：通過第三電極設(shè)置人體偏置電壓，進(jìn)一步抑制共模噪聲，提升 ECG 信號(hào)質(zhì)量。
  • 電氣安全：符合醫(yī)療設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，支持導(dǎo)聯(lián)阻抗測(cè)量與持續(xù)導(dǎo)聯(lián)通斷檢測(cè)，避免因電極接觸不良導(dǎo)致的監(jiān)測(cè)誤差。

3. 靈活的信號(hào)處理與接口

• 信號(hào)轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ) ：
  • 集成單路 ADC，在預(yù)設(shè)時(shí)隙內(nèi)轉(zhuǎn)換所有信號(hào)鏈輸出，生成 24 位數(shù)據(jù)字，存儲(chǔ)于 128 樣本深度 FIFO，減輕后端處理器實(shí)時(shí)處理壓力。
• 通信接口 ：
  • 支持 SPI 與 I2C 兩種串行接口，通過引腳選擇接口類型，適配不同微控制器（MCU），方便系統(tǒng)集成。
• 時(shí)鐘選項(xiàng) ：
  • 支持外部時(shí)鐘輸入或內(nèi)部振蕩器模式，適配不同系統(tǒng)時(shí)鐘同步需求，確保多參數(shù)采集時(shí)序一致性。

三、典型應(yīng)用場(chǎng)景

1. 無線監(jiān)護(hù)貼片 ：用于住院 / 門診患者長(zhǎng)期 ECG 與呼吸監(jiān)測(cè)，低功耗設(shè)計(jì)支持?jǐn)?shù)天至數(shù)周續(xù)航，超小封裝適配貼片小型化需求。
2. 心律失常事件監(jiān)測(cè)儀 ：通過高靈敏度 ECG 信號(hào)鏈與起搏器脈沖檢測(cè)，捕捉心律失常事件，F(xiàn)IFO 存儲(chǔ)確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)不丟失。
3. 手持 / 便攜式 ECG 設(shè)備 ：支持 3 導(dǎo)聯(lián) ECG，可擴(kuò)展至 5 導(dǎo)聯(lián)，搭配 PPG 模塊可同步監(jiān)測(cè) SpO?、心率（HR）及脈搏傳播時(shí)間（PTT），用于血壓估算。
4. 多參數(shù)生命體征監(jiān)測(cè)儀 ：同步采集 ECG、呼吸、SpO?、HR，為重癥監(jiān)護(hù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療提供全面生命體征數(shù)據(jù)。

四、器件信息與訂購參數(shù)

1. 基礎(chǔ)器件信息

2. 訂購選項(xiàng)詳情

五、電氣與封裝特性

1. 電源需求

• 接收端電源（Rx） ：1.7-1.9 V，為 ECG、Bio-Z、PPG 接收電路供電，需低噪聲電源以確保信號(hào)精度。
• 發(fā)射端電源（Tx） ：3.0-5.5 V，為 LED 驅(qū)動(dòng)電路供電，適配高電流 LED 需求。
• IO 電源（IO） ：1.7-1.9 V，為 SPI/I2C 接口等數(shù)字電路供電，與接收端電源兼容，簡(jiǎn)化供電設(shè)計(jì)。

2. 封裝與熱特性

• 封裝類型 ：36 引腳 DSBGA（裸片級(jí)球柵陣列），球間距 0.4mm，主體厚度最大 0.5mm，適合空間受限的可穿戴設(shè)備。
• 熱管理 ：需注意 PCB 布局時(shí)的散熱設(shè)計(jì)，建議將散熱焊盤連接至接地平面，避免局部溫度過高影響性能（工作溫度上限 85°C）。

六、功能模式與關(guān)鍵模塊

1. 核心功能模塊

• ECG 前端 ：
  • 儀表放大器（INA）：可編程增益 2-12 倍，適配不同幅度 ECG 信號(hào)；集成導(dǎo)聯(lián)偏置電路，提供 DC 偏置（確保電極與皮膚良好接觸）或 AC 偏置（減少極化電壓）。
  • 導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)：支持持續(xù)導(dǎo)聯(lián)通斷檢測(cè)與導(dǎo)聯(lián)阻抗測(cè)量，通過專用寄存器輸出檢測(cè)結(jié)果，便于系統(tǒng)診斷電極接觸狀態(tài)。
• Bio-Z 模塊 ：
  • 激勵(lì)信號(hào)生成：內(nèi)置 7 位直接數(shù)字合成器（DDS）與 PLL，生成 30 kHz-100 kHz 可編程頻率激勵(lì)信號(hào)，支持正弦波 / 方波輸出。
  • 信號(hào)接收：高阻抗接收電路搭配低噪聲放大器，精準(zhǔn)采集阻抗變化信號(hào)，噪聲抑制能力強(qiáng)。
• PPG 模塊 ：
  • LED 驅(qū)動(dòng)：8 位 DAC 控制 LED 電流（0-250 mA），支持多 LED 并行驅(qū)動(dòng)，適配不同光強(qiáng)需求。
  • PD 接收：跨阻放大器（TIA）將 PD 光電流轉(zhuǎn)換為電壓，增益 3.7 kΩ-1 MΩ 可調(diào)，搭配噪聲濾波器，提升 PPG 信號(hào)信噪比。

2. 數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)

• ADC 與 FIFO ：
  • 單路 ADC 分時(shí)轉(zhuǎn)換 ECG、Bio-Z、PPG 信號(hào)，24 位分辨率確保數(shù)據(jù)精度；128 樣本 FIFO 緩存數(shù)據(jù)，支持批量讀取，減少處理器中斷頻率，降低系統(tǒng)功耗。
• 接口控制 ：
  • SPI/I2C 接口通過引腳選擇，支持標(biāo)準(zhǔn)通信速率，寄存器配置靈活，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)鏈參數(shù)（如增益、濾波頻率、激勵(lì)頻率）實(shí)時(shí)調(diào)整。

七、設(shè)計(jì)與應(yīng)用指導(dǎo)

1. 硬件設(shè)計(jì)建議

• 電源 decoupling ：
  • Rx/IO 電源（1.7-1.9 V）需并聯(lián) 0.1 μF（陶瓷電容）+1 μF（鉭電容），Tx 電源（3.0-5.5 V）并聯(lián) 10 μF（鉭電容）+0.1 μF（陶瓷電容），電容需緊貼器件引腳，降低電源噪聲。
• 電極與導(dǎo)聯(lián)設(shè)計(jì) ：
  • ECG 導(dǎo)聯(lián)：采用醫(yī)療級(jí) Ag/AgCl 電極，導(dǎo)聯(lián)線阻抗匹配（建議≤100 Ω），RLD 電極需良好接觸人體，確保共模噪聲抑制效果。
  • PPG 光路：LED 與 PD 需精準(zhǔn)對(duì)齊，避免光路偏移導(dǎo)致信號(hào)衰減；建議增加光學(xué)隔離結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境光干擾。
• 接地設(shè)計(jì) ：
  • 模擬地（AGND）與數(shù)字地（DGND）單點(diǎn)連接，ECG/Bio-Z/PPG 模擬電路區(qū)域單獨(dú)接地，避免數(shù)字信號(hào)串?dāng)_模擬信號(hào)。

2. 臨床合規(guī)性設(shè)計(jì)

• 電氣安全 ：需符合 IEC 60601-1 醫(yī)療電氣設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)隔離電路（如光耦、隔離電源），確?；颊吲c設(shè)備間的漏電流≤100 μA。
• EMC 兼容性 ：需通過 IEC 61000-6-3（醫(yī)療設(shè)備 EMC 要求），PCB 布局時(shí)增加 EMI 濾波電路，關(guān)鍵信號(hào)（如 ECG 導(dǎo)聯(lián)、時(shí)鐘線）采用屏蔽布線。

3. ESD 防護(hù)

器件易受靜電損壞，需遵循 ESD 防護(hù)流程（如佩戴防靜電手環(huán)、使用防靜電包裝），焊接與調(diào)試過程中避免靜電放電導(dǎo)致性能退化或失效。