ADS1291、ADS1292和ADS1292R是多通道、同時采樣、24位δσ模數轉換器（ADC），內置可編程增益放大器（PGA）、內部參考和板載振蕩器。

ADS1291、ADS1292和ADS1292R包含了便攜式低功耗醫療心電圖（ECG）、運動和健身應用中常見的所有功能。
*附件：ads1291.pdf

憑借高度集成和卓越的性能，ADS1291、ADS1292和ADS1292R使得以顯著降低體積、功耗和整體成本，創建可擴展的醫療儀器系統。

ADS1291、ADS1292和ADS1292R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、溫度和引出檢測。此外，輸入通道的任何配置都可以選擇用于推導右腳驅動（RLD）輸出信號。ADS1291、ADS1292和ADS1292R的數據速率最高可達8千每秒。引線檢測可以在器件內部實現，使用器件內部的激勵電流匯或電源。ADS1292R版本包含完全集成的呼吸阻抗測量功能。

這些設備分別包裝為5毫米×5毫米、32針薄四邊扁平封裝（TQFP）和4毫米×4毫米、32針無引腳的四邊扁平封裝（VQFN）。工作溫度規定為–40°C至+85°C。

特性

• 兩臺低噪聲PGA和兩臺高分辨率ADC
  （ADS1292和ADS1292R）
• 低功率：335 μW/通道
• 輸入參考噪聲：8 μVPP
  （150 Hz BW，G = 6）
• 輸入偏置電流：200 pA
• 數據速率：125 SPS 至 8 kSPS
• CMRR：120分貝
• 可編程增益：1、2、3、4、6、8或12
• 電源：單極或雙極
  • 模擬電壓：2.7 V 至 5.25 V
  • 數字：1.7 V 至 3.6 V
• 內置右腳驅動放大器，引線檢測，測試信號
• 集成呼吸阻抗測量（ADS1292R）
• 內置振蕩器和參考
• 靈活關機、待機模式
• 兼容 SPI? 的串行接口
• 工作溫度范圍：–40°C至+85°C

參數

方框圖

ADS1291/ADS1292/ADS1292R 是德州儀器（TI）推出的低功耗、高分辨率多通道模擬前端芯片，專為生物電位測量設計，核心適配高精度心電圖（ECG）、呼吸監測等醫療及運動健康設備，憑借 24 位高分辨率、低噪聲及豐富集成功能，可滿足高精準度生物信號采集需求。

一、芯片基礎信息與核心特性

1. 基礎規格

• 型號與定位 ：ADS1291（1 通道）、ADS1292（2 通道）、ADS1292R（2 通道，含呼吸阻抗測量功能），同屬 24 位 ΔΣ ADC 家族，文檔編號 SBAS502C，初始發布于 2011 年 12 月，2020 年 4 月修訂。
• 供電與溫度 ：模擬電源 2.7V-5.25V，數字電源 1.7V-3.6V；工作溫度 - 40°C 至 + 85°C（工業級），存儲溫度 - 60°C 至 + 150°C。
• 封裝形式 ：32 引腳 TQFP 封裝（5mm×5mm）和 VQFN 封裝（4mm×4mm），VQFN 封裝熱阻更低，適配不同 PCB 布局需求。

2. 核心性能指標

• 分辨率與數據率 ：24 位 ADC 分辨率，數據率可在 125 SPS（低功耗）至 8 kSPS（高速采樣）間調節，兼顧精度與實時性。
• 噪聲與增益 ：輸入參考噪聲低至 8 μVPP（150Hz 帶寬、增益 G=6 時），支持 1、2、3、4、6、8、12 七檔可編程增益，適配微弱生物電位信號采集。
• 功耗與抗干擾 ：每通道功耗 335 μW，共模抑制比（CMRR）最高 120 dB，電源抑制比（PSRR）優異，有效抵抗電源噪聲與共模干擾。
• 集成功能 ：內置右腿驅動（RLD）放大器、導聯脫落檢測、溫度傳感器、振蕩器及基準源（2.42V/4.033V 可選），ADS1292R 額外集成呼吸阻抗測量電路，減少外部元器件數量。

二、關鍵功能模塊與工作原理

1. 信號采集與處理鏈

• EMI 濾波 ：輸入端集成 RC 濾波器，-3dB 帶寬約 3MHz，有效抑制電磁干擾（EMI）對信號的影響。
• 可編程增益放大器（PGA） ：差分輸入 / 輸出結構，內部電阻網絡實現多檔增益，輸出端需外接 4.7nF 濾波電容（ADS1292R 呼吸功能啟用時為 47nF），形成抗混疊濾波器，-3dB 帶寬約 8.4kHz。
• ΔΣ 調制器與數字濾波 ：每通道配備二階 ΔΣ 調制器，固定采樣率 f_MOD=128kHz；數字抽取濾波器為三階 sinc 濾波器，通過調節抽取比控制數據率，同時提供抗混疊功能，濾波器需 3 個數據周期（t_DR）完成穩定。

2. 生物電位測量專用功能

• 導聯脫落檢測 ：支持直流（DC）和交流（AC）兩種模式：
  • DC 模式：通過內部電流源 / 漏（6nA、22nA、6μA、22μA 可選）或外部拉電阻監測電極連接，比較器閾值可通過寄存器配置（70%-95% 參考電壓范圍）。
  • AC 模式：注入 f_DR/4 頻率的帶外信號，通過測量輸出信號幅度判斷電極狀態，可與 ECG 信號采集同步進行，不影響主信號測量。
• 右腿驅動（RLD） ：通過負反饋抑制共模干擾，可選擇內部（(AVDD+AVSS)/2）或外部參考電壓，支持多通道信號參與 RLD 信號生成，放大器可通過寄存器開啟 / 關閉，適配多設備級聯場景。
• 呼吸監測（ADS1292R 專屬） ：支持內部 / 外部時鐘驅動的呼吸阻抗測量，調制頻率 32kHz/64kHz 可選，阻抗測量范圍 2kΩ-10kΩ，噪聲低至 40mΩPP，可同步采集 ECG 與呼吸信號。
• 測試與校準 ：內置測試信號（直流或 1Hz 方波，幅度 ±1mV），支持通道偏移校準，可驗證信號鏈完整性。

3. 輸入與參考配置

• 輸入模式 ：支持差分和單端驅動，差分輸入范圍 ±V_REF/Gain，推薦差分模式以提升抗干擾能力；輸入多路選擇器（MUX）可切換電極信號、測試信號、溫度傳感器信號、電源電壓等，靈活實現診斷與校準。
• 基準源 ：內置 2.42V（3V 供電）或 4.033V（5V 供電）基準源，輸出電流 100μA，也可外接低噪聲基準（如 REF5025）；基準源啟動時間 100ms（帶 10μF 電容時），需合理配置以保證穩定性。

三、接口與控制方式

1. SPI 串行接口

• 通信信號 ：包含 CS（片選）、SCLK（時鐘）、DIN（數據輸入）、DOUT（數據輸出），支持 CPOL=0、CPHA=1 模式，數據以 24 位二進制補碼格式輸出（MSB 優先）。
• 命令與寄存器 ：支持喚醒、待機、復位、啟動 / 停止轉換等系統命令，以及寄存器讀寫（RREG/WREG）、連續讀數據（RDATAC）等操作；寄存器共 12 個（地址 00h-0Bh），涵蓋全局配置、通道配置、導聯脫落檢測、呼吸功能配置等。
• 數據讀取 ：DRDY 引腳低電平表示數據就緒，可通過 RDATAC（連續讀）或 RDATA（單次讀）命令獲取數據，多通道數據含 24 位狀態位，支持多設備級聯擴展。

2. 多設備配置

• 級聯與同步 ：多芯片可共享 DIN、DOUT、SCLK，通過獨立 CS 引腳選擇設備，通道數量可擴展；通過 START 引腳實現多設備同步采樣，時鐘可選擇內部（512kHz，精度 ±1.5% 溫度范圍）或外部（512kHz/2.048MHz），主設備可輸出時鐘供從設備使用。

四、應用場景與設計建議

1. 典型應用

• 醫療儀器 ：患者監護儀、動態心電圖（Holter）、除顫器（AED）、遠程醫療終端等 ECG 相關設備。
• 運動健康 ：心率監測手環、胸帶、健身設備中的呼吸與 ECG 采集模塊，ADS1292R 適配需同步監測呼吸的場景。
• 高精準數據采集 ：高精度多通道生物電位數據采集系統、科研級生物信號監測設備。

2. 設計注意事項

• 電源與接地 ：嚴格區分模擬地（AVSS）和數字地（DGND），避免數字噪聲串擾；每個電源引腳需并接 10μF 和 0.1μF 去耦電容，且靠近芯片放置。
• PCB 布局 ：模擬輸入引腳（IN1P/IN1N 等）為高阻抗節點，需縮短走線、減少寄生電容，避免與數字信號平行布線；VQFN 封裝的熱焊盤需焊接至 PCB 接地平面，提升散熱性能。
• ESD 防護 ：芯片 ESD 額定值為人體放電模型（HBM）±1000V、帶電器件模型（CDM）±500V，需在 PCB 設計中加入 ESD 防護元件，避免操作損壞。