該AFE4960可以配置為 2 通道心電圖接收器或 1 通道心電圖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。右腿驅動 （RLD） 放大器輸出可用于設置身體偏置。AFE 具有用于引線開/關檢測的直流引線偏置，以及用于測量引線阻抗的交流引線偏置。一個通道支持起搏器脈搏檢測。
*附件：afe4960.pdf

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AFE4960是一個完全集成的解決方案，可實現 3 導聯心電圖系統。兩個AFE并聯同步運行，可實現5導聯心電圖。

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
• 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增益為2~12

  • 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
• 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 伏

參數

方框圖

一、產品核心定位

AFE4960 是德州儀器（TI）推出的 高集成度雙通道模擬前端（AFE） ，專為臨床可穿戴醫療設備設計，核心功能覆蓋心電圖（ECG）采集、呼吸阻抗（Bio-Z）測量與起搏器脈沖（Pace Pulse）檢測，可靈活配置為 “2 通道 ECG” 或 “1 通道 ECG+1 通道呼吸阻抗” 模式。其突出優勢在于 低功耗 （2 通道 ECG 模式下每通道僅 222μA）、 高信號精度 （輸入阻抗＞1GΩ、共模抑制比 CMRR＞100dB）與 小型化封裝 （2.6mm×2.6mm DSBGA，36 引腳，0.4mm 間距），滿足 IEC 60601-2-47:2012/(R) 2016 與 IEC 60601-2-27:2011 (R) 2016 醫療安全標準，適配無線監測貼片、手持 ECG 設備、動態心電記錄儀（Holter）等臨床場景，工作溫度范圍 - 40°C 至 85°C。

二、關鍵特性

1. 多模式信號采集能力

（1）ECG 信號鏈

• 通道與速率 ：支持 3 導聯 ECG 采集，通過多芯片并行可擴展至 5 導聯及以上；單通道采集速率最高 2.048kHz，雙通道模式下每通道最高 1.36kHz，滿足臨床級心電信號實時采集需求。
• 增益與噪聲優化 ：集成儀表放大器（INA），增益可編程（2-12 倍），不同增益下輸入噪聲極低 —— 增益 = 3 時 13μVpp（0.5-150Hz），增益 = 12 時 5μVpp，有效提升微弱心電信號檢測精度；內置 370Hz 抗混疊低通濾波器（LPF），減少高頻噪聲干擾。
• 導聯監測功能 ：支持 “導聯通斷檢測” 與 “導聯阻抗測量”—— 通過 DC 偏置檢測電極是否接觸良好，AC 偏置測量導聯阻抗，確保信號采集可靠性。

（2）呼吸阻抗（Bio-Z）信號鏈

• 測量范圍與激勵方式 ：阻抗測量頻率覆蓋 30kHz-100kHz，支持正弦波或方波激勵；基線阻抗 2kΩ 時，測量噪聲僅 45mΩpp，精準捕捉呼吸引起的阻抗變化，適配呼吸頻率與深度監測。
• 靈活配置 ：Bio-Z 接收通道可重新配置為第 2 路 ECG 通道，進一步擴展心電采集能力，適配多參數監測場景。

（3）起搏器脈沖檢測

• 單通道支持起搏器脈沖檢測功能，集成專用模擬信號調理電路，可精準識別起搏器輸出脈沖，避免脈沖信號干擾 ECG 采集，適配植入起搏器患者的監護需求。

2. 高可靠性與集成化設計

• 電氣性能 ：輸入阻抗＞1GΩ，減少電極與皮膚接觸阻抗對信號的影響；共模抑制比（CMRR）＞100dB，抑制人體共模噪聲（如工頻干擾），確保 ECG 信號完整性。
• 數據處理與接口 ：集成 12 位 ADC，所有信號鏈輸出在固定時隙內完成模數轉換，轉換結果以 24 位字長存儲于 128 樣本深度的 FIFO（先進先出）緩存；支持 SPI 與 I2C 雙接口，通過引腳選擇接口類型，適配不同微控制器（MCU）通信需求。
• 電源與防護 ：供電電壓范圍窄且穩定（Rx/IO 均為 1.7-1.9V），降低電源噪聲對信號的影響；具備 ESD 防護能力，需按 TI 推薦的靜電防護流程操作，避免器件損壞。

三、典型應用場景

1. 無線監測貼片 ：低功耗（222μA / 通道）與小型化封裝適配貼片式設備，支持長期住院 / 門診患者的 ECG 與呼吸監測，數據通過無線模塊實時傳輸至終端。
2. 動態心電記錄儀（Holter） ：2 通道 ECG + 呼吸阻抗的組合模式，可同步記錄心電與呼吸信號，128 樣本 FIFO 減少數據傳輸頻次，延長設備續航，適配 24 小時動態監測。
3. 手持 ECG 設備 ：高輸入阻抗與低噪聲特性確保信號精度，3 導聯基礎配置可快速獲取心電波形，支持心律失常初步篩查，適用于基層醫療或家庭場景。
4. 多參數監護儀 ：通過多芯片并行擴展至 5 導聯 ECG，結合呼吸阻抗測量，實現心電、呼吸雙參數同步監測，滿足病房、急診等臨床環境需求。

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、核心功能模塊

1. 信號調理與轉換模塊

• ECG 調理 ：每路 ECG 通道包含儀表放大器（INA）、370Hz 抗混疊 LPF 與導聯檢測電路 ——INA 實現信號增益調節，LPF 濾除高頻噪聲，導聯檢測電路通過 DC/AC 偏置判斷電極狀態，確保采集有效性。
• Bio-Z 調理 ：發射端（BIO-Z TRANSMIT）生成 30kHz-100kHz 激勵信號（正弦波 / 方波），接收端（BIO-Z RECEIVE）通過解調電路（DEMOD）提取阻抗變化信號，再經 LPF 濾波后送入 ADC，實現呼吸阻抗測量。
• ADC 與 FIFO ：單路 12 位 ADC 分時處理 ECG、Bio-Z、起搏器脈沖信號，轉換后 24 位數據存儲于 128 樣本 FIFO，減少 MCU 讀取頻次，降低系統功耗；FIFO 支持半滿 / 全滿中斷，便于同步數據處理。

2. 輔助功能模塊

• 右腿驅動（RLD） ：集成 RLD 放大器，通過第三電極向人體注入補償電流，抑制共模噪聲，提升 CMRR，確保 ECG 信號質量（尤其在工頻干擾環境下）。
• 時鐘與 pacing 檢測 ：支持內部振蕩器與外部時鐘兩種模式，適配不同系統時鐘方案； pacing 檢測通道通過專用模擬調理電路，識別起搏器輸出脈沖，避免脈沖干擾 ECG 信號采集。

六、設計與應用指導

1. 硬件設計建議

• 電源設計 ：Rx（模擬電源）與 IO（數字電源）均需 1.7-1.9V 穩定供電，推薦使用低壓差穩壓器（LDO）供電，且在電源引腳附近并聯 0.1μF 陶瓷電容與 1μF 鉭電容，降低電源噪聲；模擬地（AGND）與數字地（DGND）單點連接，避免地環路干擾。
• 電極接口 ：ECG/Bio-Z 電極引腳需預留足夠爬電距離（符合醫療安全標準），建議串聯 1kΩ 限流電阻與 0.1μF 隔直電容，保護器件免受過壓 / 過流損壞；RLD 輸出引腳需通過專用電極連接人體，確保共模噪聲補償效果。
• 布局準則 ：模擬信號路徑（ECG/Bio-Z 輸入）遠離數字電路（如 SPI/I2C 接口），減少數字噪聲串擾；DSBGA 封裝底部需設計熱焊盤，通過過孔連接至接地平面，增強散熱（尤其高功耗模式下）。

2. 軟件配置要點

• 模式配置 ：通過 SPI/I2C 配置寄存器，選擇 “2ECG” 或 “1ECG+1Bio-Z” 模式，設置 INA 增益（2-12 倍）、ADC 采樣速率（最高 2.048kHz）與抗混疊濾波器參數。
• 導聯監測 ：啟用 DC 偏置檢測導聯通斷，AC 偏置測量導聯阻抗，當阻抗超過閾值（如 10kΩ）時觸發報警，提示用戶檢查電極接觸狀態。
• 數據讀取 ：輪詢 FIFO 半滿 / 全滿標志，或配置中斷觸發數據讀取，讀取時需按 24 位字長解析，區分 ECG、Bio-Z、pacing 檢測數據幀。