概述 AD8232是一款用于ECG及其他生物电测量应用的集成信号 调理模块。该器件设计用于在具有运动或远程电极放置产 生的噪声的情况下提取、放大及过滤微弱的生物电信号。 该设计使得超低功耗模数转换器(ADC)或嵌入式微控制器 能够轻松地采集输出信号。 AD8232采用双极点高通滤波器来消除运动伪像和电极半电 池电位。该滤波器与仪表放大器结构紧密耦合，可实现单 级高增益及高通滤波，从而节约了空间和成本。 AD8232采用一个无使用约束运算放大器来创建一个三极点 低通滤波器，消除了额外的噪声。用户可以通过选择所有 滤波器的截止频率来满足不同类型应用的需要。 单导联心率监护前端 AD8232 为了提高系统线路频率和其他不良干扰的共模抑制性能， AD8232内置一个放大器，用于右腿驱动(RLD)等受驱导联 应用。 AD8232包含一项快速恢复功能，可以减少高通滤波器原本 较长的建立长尾现象。如果放大器轨电压发生信号突变(如 导联脱离情况)，AD8232将自动调节为更高的滤波器截止 状态。该功能让AD8232可以实现快速恢复，因而在导联连 接至测量对象的电极之后能够尽快取得有效的测量值。 AD8232采用4 mm × 4 mm、20引脚LFCSP封装。额定温度 范围为0°C至70°C，能在−40℃至+85℃的范围内工作。

右腿驱动放大器 右腿驱动(RLD)放大器使仪表放大器输入端上的共模信号 反相。当右腿驱动输出电流注入对象时，它会抵消共模电 压变化，从而改善系统的共模抑制性能。 仪表放大器输入端上的共模信号从跨导放大器GM1获得。 然后，通过一个150 kΩ电阻连接到A2的反相输入端。 可在RLD FB和RLD引脚之间连接一个电容来构建一个积分 器。从1 nF电容开始比较好，此时交越频率约为1 kHz(放大 器具有反相单位增益时的频率)。这种配置可以在50 Hz至 60 Hz的频率范围内产生约26 dB的开环增益来提供共模线 路抑制。电容值越大，交越频率就越小，因此可用于抑制 的增益就越小，进而会导致线路噪声增加。电容值越小， 则交越频率就越大，因此增益会越大。不利的一面是较 高的增益会导致系统不稳定，从而使右腿放大器的输出 饱和。 请注意，使用此放大器驱动电极时，应在输出端串联一个 电阻，将电流始终限制在10 uA以下，甚至故障条件下也应 如此。例如，假设电源为3.0 V，考虑到元件和电源的变化， 则该电阻应大于330 kΩ。

基准电压缓冲器 AD8232采用单电源供电。为简化单电源应用的设计， AD8232集成了一个基准电压缓冲器，以便在电源电压和系 统地之间建立一个“虚拟地”。仪表放大器输出端的信号以 此电压为参考。例如，若有零差分输入电压，则仪表放大 器输出端的电压等于该基准电压。 基准电压电平通过REFIN引脚设置，具体可使用一个分压 器，或者通过从电路中的一些其它位置(例如ADC基准电 压源)驱动REFIN引脚来设置。该电压通过REFOUT引脚输 出，供给滤波电路或用作ADC输入。

快速恢复电路 由于ECG应用中高通滤波器采用低截止频率，信号建立时 间可能长达数秒。该建立时间对用户而言可导致阶跃响应 后出现令人沮丧的延迟， 例如第一次连接电极时。 该快速恢复功能在内部实现，如图48所示。仪表放大器的 输出端连接到窗口比较器。当其电压达到与任一供电轨相 差50 mV时，该窗口比较器便会检测到仪表放大器输出端 的饱和状态。

当两个输入电极都连接到对象时，如果出现这种饱和状 态，该比较器便会触发定时电路，后者会自动断开开关S1 和开关S2(时序图见图49)。 这两个开关(S1和S2)使能两个不同的10 kΩ电阻路径：一个 在HPSENSE和IAOUT之间，另一个在SW和REFOUT之 间。在开关S1和开关S2使能期间，这些内部电阻与其对应 的外部电阻并联，从而构成高通滤波器。其结果是，较低 的等效电阻将电极切换到较高的频率，从而缩短建立时 间。注意，快速恢复的建立时间取决于AD8232的内部10 kΩ电 阻能多快使高通电路中的电容放电完毕。电容值越小，建 立时间也越短。 如果时序结束时饱和状态仍然存在，周期会不断重复。否 则，AD8232回到正常工作状态。如果任一导联脱落比较器 输出表示某个电极已经断开连接，则会阻止触发定时电 路，因为它假定没有有效信号。要禁用快速恢复，应将FR 引脚驱动至低电平或将该引脚永久接GND。 导联脱落检测 AD8232带有导联脱落检测功能。其交流和直流检测模式分 别针对双电极和三电极配置进行了优化。 直流导联脱落检测 直流导联脱落检测模式仅适用于三电极配置。它的工作原 理是：检测何时任意仪表放大器输入电压与正供电轨相差 不到0.5 V。这种情况下，每个输入端必须通过一个上拉电 阻连接到正电源。正常工作期间，对象的电位必须处于仪 表放大器的共模范围内，这只有在将第三个电极连接到右 腿驱动放大器的输出端时才有可能。

AD8232通过强迫为输入端提供一个100 kHz的小电流来检测 电极何时断开。此电流通过外部电阻从IN+流入IN−并在输 入端产生一个差分电压，然后该电压经同步检测并与内部 阈值进行比较。这两个外部电阻的建议值为10 MΩ。较低 的电阻值会使差分压降过低而无法检测，同时会降低放大 器的输入阻抗。当电极连接到对象时，该路径上的阻抗应 低于3 MΩ，以便保持压降始终低于比较器阈值。 与直流导联脱落检测模式相反，AD8232只能确定有电极失 去连接，但无法确定具体电极。这种情况下，LOD+引脚 变为高电平。该模式中，LOD−引脚未使用并一直保持逻 辑低电平状态。若要使用交流导联脱落模式，应将AC/DC 引脚接正供电轨。 请注意，当REFOUT为恒定电压值时，使用RLD输出作为 输入偏置对于抑制共模干扰而言可能更有效。

通过将SDN引脚驱动至低电平，可将AD8232置于关断模 式，此时功耗不到200 nA，能显著节省电能。若要进入正 常工作模式，应将SDN驱动至高电平；不使用该功能时， 应将SDN永久接+VS 。 关断期间，AD8232无法维持REFOUT电压，但也不会汲取 REFIN电压，因此可以维持从电源到地的额外传导路径。 自关断状态出现时，高通滤波器上电容存储的电荷可使仪 表放大器及其后各级饱和。可使用快速恢复功能来帮助缩 短恢复时间，进而尽可能缩短功耗敏感型应用中的导通 时间。 输入保护 AD8232的所有引脚均提供ESD保护。此外，输入结构支持 直流过载条件：正电源以上的二极管压降和负电源以下的 二极管压降。电源的二极管压降以外的电压会导致ESD二 极管导通，使电流流过二极管。因此，对于电源电压以上 的电压，应当用一个与各输入端串联的外部电阻来限制电 流。无论何种情形，AD8232都能在室温下安全处理5 mA连 续电流。 对于AD8232会遇到极端过载电压的应用，如心脏除颤器 等，应当使用外部串联电阻和气体放电管(GDT)。霓虹灯 通常用作GDT的廉价替代产品。这些器件可以处理大电压 应用，但无法保持电压低于AD8232的绝对最大额定值。完 整的解决方案中会利用附加电阻和低泄露箝位二极管(如 BAV199或FJH1100)对任一供电轨进一步箝位。 作为安全措施，应在输入引脚和连接到对象的电极之间放 置一个电阻，确保电流永不超过10 μA。该电阻值应等于 AD8232的电源电压除以10 μA。电源调整与旁路 AD8232设计为可直接采用3 V单电池供电，例如CR2032型 电池。它还可以采用锂离子充电电池供电，但设计人员必 须意识到，充电期间的电压可能会超过AD8232的绝对最大 额定值。为避免损坏该器件，应使用一个电源开关或一个 低功耗、低压差稳压器，例如ADP150。 此外，电源引脚上的噪声过高会降低器件性能。与所有线 性电路一样，必须使用旁路电容来对片式电容去耦。应在 电源引脚附近放置一个0.1 μF电容。离该器件较远的位置可 以用一个1 μF电容。大多数情况下，其它集成电路可以共享 该电容。注意，去耦电容过大会导致供电期间功耗增加。 折合到输入端的失调 由于仪表放大器的内部架构，它必须始终与隔直放大器一 同使用，见图45中的HPA。 正如“工作原理”部分所述，隔直放大器会对折合到仪表放 大器输入端的失调进行衰减。不过，只有隔直放大器用作 积分器时才会如此。这种配置中，来自隔直放大器的输入 失调占主导地位并会直接出现在仪表放大器的输出端。 如果隔直放大器用作跟随器，而不是作为积分器来发挥其 目标功能，那么仪表放大器折合到输入端的失调会被放大 100倍。 布局布线建议 必须遵循良好的布局布线做法，以优化系统性能。在低功 耗应用中，多数电阻均采用较大的值，以尽可能减少额外 功耗。使用高值电阻的挑战在于高阻抗节点更容易受到噪 声拾取和电路板寄生效应(如电容和表面泄露)的影响。高 阻抗节点之间的所有连接越短越好，以免引入额外噪声和 误差而破坏信号。 为了在整个频率范围内保持高CMRR性能，输入走线应保 持对称且长度匹配。应相对于每个输入端在相同位置放置 安全和输入偏置电阻。此外，使用接地层可以显著改善系 统的噪声抑制性能。