ADS1299-4、ADS1299-6 和 ADS1299 器件是一系列 4 通道、6 通道和 8 通道、低噪聲、24 位、同步采樣 Δ-Σ 模數轉換器 （ADC），具有內置可編程增益放大器 （PGA）、內部基準電壓源和板載振蕩器。ADS1299-x 集成了顱外腦電圖 （EEG） 和心電圖 （ECG） 應用所需的所有常用功能。憑借其高集成度和卓越性能，ADS1299-x 能夠以顯著減小的尺寸、功耗和總體成本創建可擴展的醫療儀器系統。
*附件：ads1299.pdf

ADS1299-x每個通道都有一個靈活的輸入多路復用器，可以獨立連接到內部生成的信號，用于測試、溫度和引線檢測。此外，可以選擇輸入通道的任何配置來推導患者偏置輸出信號。可選的 SRB 引腳可用于將公共信號路由到多個輸入，以實現參考蒙太奇配置。ADS1299-x 以 250 SPS 至 16 kSPS 的數據速率運行。導聯脫落檢測可以在器件內部使用激勵電流吸收器或源電流來實現。

多個 ADS1299-4、ADS1299-6 或 ADS1299 器件可以以菊花鏈配置級聯在高通道數系統中。ADS1299-x 采用 TQFP-64 封裝，額定溫度范圍為 –40°C 至 +85°C。

特性

• 多達8個低噪聲PGA和8個高分辨率同步采樣ADC
• 參考輸入噪聲：1 μV 聚丙烯 （70 Hz 帶寬）
• 輸入偏置電流：300 pA
• 數據速率：250 SPS 至 16 kSPS
• CMRR：–110 dB
• 可編程增益：1、2、4、6、8、12 或 24
• 單極或雙極電源：
  • 模擬：4.75 V 至 5.25 V
  • 數字：1.8 V 至 3.6 V
• 內置偏置驅動放大器、
  導聯脫落檢測、測試信號
• 內置振蕩器
• 內部或外部基準
• 靈活的掉電、待機模式
• 與ADS129x引腳兼容
• SPI 兼容串行接口
• 工作溫度范圍：–40°C 至 +85°C

參數

方框圖

一、產品概述

ADS1299-x 是德州儀器（TI）推出的低噪聲、高集成度模數轉換器（ADC）系列，包含 4 通道（ADS1299-4）、6 通道（ADS1299-6）和 8 通道（ADS1299）三款型號，核心優勢為高分辨率、低輸入噪聲與生物電位測量專用功能，專為腦電圖（EEG）、胎兒心電圖（ECG）、睡眠監測、腦電雙頻指數（BIS）等醫療儀器設計。器件采用 24 位 ΔΣ 架構，集成可編程增益放大器（PGA）、內部基準源與振蕩器，文檔版本為 SBAS499C，發布于 2012 年 7 月，2017 年 1 月修訂，采用 64 引腳 TQFP 封裝，工作溫度范圍 - 40°C 至 85°C。

二、核心參數與性能特性

1. 基礎規格

• ADC 性能 ：24 位分辨率，無丟失碼；輸入失調誤差 60 μV，失調漂移 80 nV/°C；增益誤差 ±0.5% FS，增益漂移 3 ppm/°C；通道間增益匹配 0.2% FS，INL±8 ppm。
• 動態性能 ：70 Hz 帶寬下輸入參考噪聲低至 1 μVPP（增益 = 24）；SNR 達 121 dB，THD-99 dB，CMRR-110 dB（50/60 Hz），串擾 - 110 dB；采樣率范圍 250 SPS-16 kSPS，支持 7 檔可編程增益（1/2/4/6/8/12/24）。
• 接口特性 ：SPI 兼容串行接口（支持菊花鏈級聯），4 個 GPIO 引腳；DRDY 信號指示數據就緒，支持連續 / 單次轉換模式；模擬輸入阻抗≥500 MΩ（啟用導聯脫落檢測），輸入偏置電流 ±300 pA。

2. 供電與功耗

• 供電范圍 ：模擬電源（AVDD）4.75 V-5.25 V，數字電源（DVDD）1.8 V-3.6 V，支持單極性（5 V/3.3 V）或雙極性（±2.5 V/3.3 V）供電。
• 功耗表現 ：ADS1299（8 通道）正常模式功耗 39 mW，待機模式 5.1 mW，斷電模式僅 10 μW；ADS1299-4（4 通道）正常模式功耗 22 mW，ADS1299-6（6 通道）30 mW，低功耗設計適配便攜式醫療設備。

3. 封裝與環境適應性

• 封裝類型 ：64 引腳 TQFP（PAG）封裝，結到環境熱阻 46.2 °C/W，結到殼（頂部）熱阻 5.8 °C/W，封裝尺寸 10mm×10mm，適合高密度 PCB 布局。
• 可靠性 ：ESD 防護（HBM 1000 V、CDM 500 V），存儲溫度范圍 - 60°C 至 150°C，最大結溫 150°C，滿足醫療設備長期穩定運行要求。

4. 關鍵功能特性

• 生物電位專用功能 ：集成導聯脫落檢測（DC/AC 模式，電流 6 nA-24 μA 可調）、患者偏置驅動放大器、內部測試信號發生器；支持參考電極配置（SRB1/SRB2 引腳），適配順序 / 參考導聯腦電圖測量。
• 系統集成特性 ：內置 4.5 V 低噪聲參考源（精度 ±0.2%，漂移 35 ppm/°C）、2.048 MHz 振蕩器（精度 ±2.5%）；支持多器件同步（START 引腳）與菊花鏈級聯，可擴展通道數量。

三、工作模式與功能原理

1. 核心架構

采用 “模擬輸入→多路選擇器→低噪聲 PGA→ΔΣ 調制器→數字抽取濾波器→SPI 輸出” 架構，每通道獨立配置；集成溫度傳感器、電源監測模塊與導聯脫落檢測電路，偏置驅動放大器支持患者共模電壓穩定，降低工頻干擾。

2. 主要工作模式

3. 關鍵功能細節

• 模式控制 ：通過 CONFIG4 寄存器選擇連續 / 單次模式，START 引腳或命令觸發轉換；導聯脫落檢測通過 LOFF 寄存器配置電流大小與頻率，LOFF_STATP/LOFF_STATN 寄存器反饋狀態。
• 偏置驅動 ：可選擇任意通道組合生成患者偏置電壓，支持內部（AVDD+AVSS）/2 或外部參考源，通過 BIAS_SENSP/BIAS_SENSN 寄存器配置反饋通道。
• 校準與測試 ：內置自校準電路，支持輸入短路校準、溫度傳感器監測（490 μV/°C）、內部測試信號（±1/±2 mV，頻率可編程）。

四、應用場景與設計建議

1. 典型應用領域

• 腦電圖（EEG）系統、胎兒心電圖監測、睡眠呼吸監測儀、腦電雙頻指數（BIS）監護儀、誘發電位（EAP）測量設備等醫療儀器。

2. 設計關鍵要點

• 電源設計 ：模擬與數字電源獨立布線，每個 AVDD/DVDD 引腳就近并聯 1 μF 陶瓷電容與 10 μF 鉭電容；電源紋波需控制在 mV 級，避免工頻噪聲耦合。
• 輸入與接地 ：模擬輸入采用差分連接，建議串聯 RC 低通濾波器（推薦 C0G/NPO 電容）；PCB 采用單點接地，模擬地與數字地在 ADC 處單點連接，減少地環路干擾。
• 布線與防護 ：電極連接線需屏蔽，遠離數字信號線；閑置模擬通道應斷電并連接至 AVDD，閑置數字引腳通過≥10 kΩ 電阻拉至 DGND；導聯線串聯限流電阻（如 51 kΩ），符合醫療電氣安全標準。
• 配置優化 ：低信號幅度場景選擇高增益（12/24），配合低采樣率（250/500 SPS）以降低噪聲；啟用偏置驅動放大器穩定共模電壓，提升 CMRR；多通道系統采用菊花鏈級聯，減少 SPI 接口引腳數量。