【经验】CS125X系列AFE在ECG测量系统中的电极复用技术

时间： 2022-01-06 来源：世强

技术问答

CS125X系列芯片是芯海科技出品的AFE产品，主要功能是用于体重称重和人体生物电阻抗（BIM）测量，可应用于人体成分分析和BMI管理。在一些多参数体检系统中，心电图（ECG）信号也是被测量的生理信号之一。单导联ECG测量系统一般需要3个电极，而BIM测量需要2~4对电极，而且均可以通过肢体干电极进行测量，这使得电极复用成为可能。但在实际应用中，需要掌握一定的设计方法才能实现预定目标。本文就ECG测量和CS125X系列AFE的电极复用技术展开介绍，具体以CS1259为例来介绍，其原理适用于CS125X系列的其它型号产品。

CS1259的BIM测量模块支持八电极BIM测量模式，八个电极包含4个电压采集电极VS0~3和4个电流激励电极IS0~3，每个肢体端由一个IS电极和一个VS电极构成电极对。其中VS信号组为高阻输入端口，IS信号组为低阻输出端口。

单导联ECG测量模块（例如Renesas的ECG AFE产品RAA789001或者TI的ADS1291）的测量接口一般由一对高阻差分输入端口和一个低阻RLD右腿驱动端口组成。

为了能够让更多工程师朋友能够少绕弯路，将电极复用原则总结如下：

1，ECG差分输入端口可与BIM测量模块的VS信号组可直接并联后连接至测量电极；

2，ECG模块的RLD端口不可直接接入测量电极；

3，BIM模块的IS信号组不可直接接入被复用的肢体测量电极；

4，八电极系统中，推荐将ECG差分输入端与BIM模块的上肢采集电极并联，右腿激励电极通过模拟开关 SGM3157选通ECG的RLD信号或BIM模块的IS通道，请参考下图；

5，四电极系统中，推荐将ECG差分输入端与BIM模块的两个采集电极并联，另外两个激励电极通过两个模拟开关SGM3157选通ECG的RLD信号或BIM模块的IS通道。ECG测量模式下，RLD信号需要通过电阻同时接入两个激励电极，请参考下图；

6，电极复用需要分时操作，在测量ECG的时，需要关闭BIM模块相关功能，模拟开关将激励电极选通至ECG模块的RLD信号。在测量BIM时，需要关闭ECG模块相关功能，模拟开关将激励电极选通至BIN模块的IS信号组。

图3 CS1259+ADS1291四电极复用原理图

图4 CS1259+ADS1291四电极复用测试电路板

CS1259的芯片特点：

支持单端输入

支持组成多个差分输入对

支持输入电平移位功能

PGA

-- 1/2/4/8/16/32/64/128倍可选增益

-- 高达100Mohm的等效输入阻抗

BIM

-- 支持4/6/8电极测量

-- 支持5K/10K/25K/50K/100K/250KHz多档频率测量

-- 支持阻抗绝对值和相角测量

ADC

-- 24 bit分辨率

-- 输出速率10~1280Hz 8档可选

有效位：2.35V参考、40Hz速率、128倍增益下19.5bits有效位

LDO及内部参考电压

-- 自带LDO，输出2.35/2.45/2.8/3.0V可选，精度±1%

-- 自带低漂移基准，内部参考电压2.048V可选，精度±1%

支持性能、普通、低功耗、休眠模式

支持电压测量、温度测量、BIM测量及手动测量模式，单命令切换

低漂移片上时钟

三线串行通讯

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SGM6533	Complex Switches	High Speed, 3-1:3 Multiplexer	2.5	5.5	350	I/O	7	60	TQFN-3×3-20L TSSOP-20