該AFE4960P支持心電圖、PPG和生物阻抗信號的同步信號采集。PPG信號鏈由LED電流驅動器和檢測PD信號的接收器組成。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 信號鏈可以靈活地連接到多達 4 個電極。AFE 具有交流和直流引線偏置以及引線開/關檢測功能。一個通道支持起搏器脈搏檢測。所有信號鏈輸出均由單個ADC在明確定義的時隙中進行轉換，并以24位字的形式存儲在128個樣本的FIFO中，可以使用SPI或I讀出^2^C 接口。該AFE4960P可用于實現 3 導聯心電圖系統以及 SpO2。
*附件：afe4960p.pdf

特性

• 支持心電圖和呼吸阻抗測量;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 標準的系統
• 222 μA/通道，作為 2 通道 ECG 運行
• 在 1 個通道上集成 Pace 脈沖檢測
• 支持 3 導聯心電圖，可通過并聯作兩個或多個 AFE 擴展至 5 導聯或更高
• 用于 SpO2、心率和 PTT 的 PPG 信號鏈
• 心電圖信號鏈：
  • 單通道心電圖采集頻率高達 2.048 kHz
  • 2 通道心電圖采集，高達 1.36 kHz/通道
  • RLD 輸出通過第三個電極設置主體偏置
  • 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時為5 μVpp
  • 集成 370 Hz 抗混疊低通濾波器
  • 連續導聯開/關檢測模式
  • 引線阻抗測量模式
• Bio-Z 信號鏈：
  • 測量 30 kHz 至 100 kHz 激發頻率上的生物阻抗
  • 正弦波或方波激勵
  • 呼吸阻抗測量：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信號鏈
  • 支持采集多達 24 個 PPG 信號
  • 每相靈活分配 4 個 LED，4 個 PD
  • 8 位 LED 電流控制高達 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噪聲帶寬
• 外部時鐘和內部振蕩器模式
• 具有 128 個樣本深度、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 ， 發射： 3.0-5.5 V

參數

一、產品核心定位

AFE4960P 是德州儀器（TI）推出的 多參數臨床可穿戴設備專用模擬前端（AFE） ，專為心電圖（ECG）、呼吸阻抗監測及起搏器脈沖檢測設計，支持同步采集 ECG、光體積描記（PPG）與生物阻抗（Bio-Z）信號。其核心優勢在于高集成度、低功耗與臨床級精度，采用 2.6mm×2.6mm 36 引腳 DSBGA 超小封裝，可在 - 40°C 至 + 85°C 溫度范圍內穩定工作，適配符合 IEC 60601-2-47、IEC 60601-2-27 標準的醫療設備，如無線監護貼片、心律失常事件監測儀、手持 / 便攜式多導聯 ECG 設備。

二、關鍵特性

1. 多參數信號采集能力

• ECG 信號鏈 ：
  • 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，可擴展為 3 導聯 ECG，多器件并聯可實現 5 導聯及以上配置。
  • 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）、5 μVpp（INA 增益 = 12 時），滿足臨床級 ECG 信號精度需求。
  • 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 導聯偏置與導聯通斷檢測，確保信號采集可靠性；1 通道支持起搏器脈沖檢測，適配心臟起搏器患者監測。
• 呼吸阻抗（Bio-Z）信號鏈 ：
  • 測量范圍：激勵頻率 30 kHz-100 kHz，支持正弦波 / 方波激勵，基線阻抗 2 kΩ 時噪聲僅 45 mΩpp，精準捕捉呼吸引起的阻抗變化。
  • 功能復用：Bio-Z 接收端可配置為第二 ECG 通道，提升硬件利用率。
• PPG 信號鏈 ：
  • 多光源 / 探測器支持：可靈活分配 4 個 LED、4 個光電二極管（PD），8 位可編程 LED 電流控制（最高 250 mA），適配不同波長 PPG 信號（如紅光、紅外光用于血氧（SpO?）監測）。
  • 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），搭配光學噪聲帶寬濾波器，減少環境光與傳感器噪聲干擾。

2. 低功耗與臨床級可靠性

• 超低功耗 ：2 通道 ECG 工作時每通道僅 222 μA 電流，適配電池供電的可穿戴設備，延長續航時間。
• 高抗干擾能力 ：
  • 右腿驅動（RLD）輸出：通過第三電極設置人體偏置電壓，進一步抑制共模噪聲，提升 ECG 信號質量。
  • 電氣安全：符合醫療設備標準，支持導聯阻抗測量與持續導聯通斷檢測，避免因電極接觸不良導致的監測誤差。

3. 靈活的信號處理與接口

• 信號轉換與存儲 ：
  • 集成單路 ADC，在預設時隙內轉換所有信號鏈輸出，生成 24 位數據字，存儲于 128 樣本深度 FIFO，減輕后端處理器實時處理壓力。
• 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），方便系統集成。
• 時鐘選項 ：
  • 支持外部時鐘輸入或內部振蕩器模式，適配不同系統時鐘同步需求，確保多參數采集時序一致性。

三、典型應用場景

1. 無線監護貼片 ：用于住院 / 門診患者長期 ECG 與呼吸監測，低功耗設計支持數天至數周續航，超小封裝適配貼片小型化需求。
2. 心律失常事件監測儀 ：通過高靈敏度 ECG 信號鏈與起搏器脈沖檢測，捕捉心律失常事件，FIFO 存儲確保關鍵數據不丟失。
3. 手持 / 便攜式 ECG 設備 ：支持 3 導聯 ECG，可擴展至 5 導聯，搭配 PPG 模塊可同步監測 SpO?、心率（HR）及脈搏傳播時間（PTT），用于血壓估算。
4. 多參數生命體征監測儀 ：同步采集 ECG、呼吸、SpO?、HR，為重癥監護、遠程醫療提供全面生命體征數據。

四、器件信息與訂購參數

1. 基礎器件信息

2. 訂購選項詳情

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精度。
• 發射端電源（Tx） ：3.0-5.5 V，為 LED 驅動電路供電，適配高電流 LED 需求。
• IO 電源（IO） ：1.7-1.9 V，為 SPI/I2C 接口等數字電路供電，與接收端電源兼容，簡化供電設計。

2. 封裝與熱特性

• 封裝類型 ：36 引腳 DSBGA（裸片級球柵陣列），球間距 0.4mm，主體厚度最大 0.5mm，適合空間受限的可穿戴設備。
• 熱管理 ：需注意 PCB 布局時的散熱設計，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；集成導聯偏置電路，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）。
  • 導聯檢測：支持持續導聯通斷檢測與導聯阻抗測量，通過專用寄存器輸出檢測結果，便于系統診斷電極接觸狀態。
• Bio-Z 模塊 ：
  • 激勵信號生成：內置 7 位直接數字合成器（DDS）與 PLL，生成 30 kHz-100 kHz 可編程頻率激勵信號，支持正弦波 / 方波輸出。
  • 信號接收：高阻抗接收電路搭配低噪聲放大器，精準采集阻抗變化信號，噪聲抑制能力強。
• PPG 模塊 ：
  • LED 驅動：8 位 DAC 控制 LED 電流（0-250 mA），支持多 LED 并行驅動，適配不同光強需求。
  • PD 接收：跨阻放大器（TIA）將 PD 光電流轉換為電壓，增益 3.7 kΩ-1 MΩ 可調，搭配噪聲濾波器，提升 PPG 信號信噪比。

2. 數據處理與存儲

• ADC 與 FIFO ：
  • 單路 ADC 分時轉換 ECG、Bio-Z、PPG 信號，24 位分辨率確保數據精度；128 樣本 FIFO 緩存數據，支持批量讀取，減少處理器中斷頻率，降低系統功耗。
• 接口控制 ：
  • SPI/I2C 接口通過引腳選擇，支持標準通信速率，寄存器配置靈活，可實現信號鏈參數（如增益、濾波頻率、激勵頻率）實時調整。

七、設計與應用指導

1. 硬件設計建議

• 電源 decoupling ：
  • Rx/IO 電源（1.7-1.9 V）需并聯 0.1 μF（陶瓷電容）+1 μF（鉭電容），Tx 電源（3.0-5.5 V）并聯 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。
• 電極與導聯設計 ：
  • ECG 導聯：采用醫療級 Ag/AgCl 電極，導聯線阻抗匹配（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 需精準對齊，避免光路偏移導致信號衰減；建議增加光學隔離結構，減少環境光干擾。
• 接地設計 ：
  • 模擬地（AGND）與數字地（DGND）單點連接，ECG/Bio-Z/PPG 模擬電路區域單獨接地，避免數字信號串擾模擬信號。

2. 臨床合規性設計

• 電氣安全 ：需符合 IEC 60601-1 醫療電氣設備安全標準，設計隔離電路（如光耦、隔離電源），確保患者與設備間的漏電流≤100 μA。
• EMC 兼容性 ：需通過 IEC 61000-6-3（醫療設備 EMC 要求），PCB 布局時增加 EMI 濾波電路，關鍵信號（如 ECG 導聯、時鐘線）采用屏蔽布線。

3. ESD 防護

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