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ADS1292R: Help! 电极叠加+-300mv直流偏置后,波形振幅衰减严重!

Part Number:ADS1292ROther Parts Discussed in Thread: ADS1292

尊敬的TI工程师您好!

我们的产品使用ADS1292R芯片,目前在进行国标测试的时候遇到以下问题,恳请专家帮助分析解答,非常感谢!

1. 问题一: 输入振幅为10mv的尖角波形,频率200HZ,ADC输出值转换后的毫伏数 < 9.0 mv, 大概是8.7 ~ 8.8 mv的样子;我们对ADC采集值乘以1.03的系数,才能匹配国标的要求(标定,误差< 5%; 振幅, 误差 < 10%);

2.问题二: 输入振幅为10mv的尖叫波形,频率200HZ,同时叠加+-300mv直流偏置电压至电极,ADC输出值转换后(*1.03),可以匹配国标的要求。但是! 在叠加直流偏置电压后,波形振幅会在稳定几分钟之后,出现严重的振幅衰减(从测试时>9 到 8.x, 7x …

我们的参考电路如下图,请审阅,期待您的回复!

Jeffrey Zhong:

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Amy Luo:

您好,

您使用内部测试信号,转换结果幅值正常吗?

您是使用的哪个通道测量的上述信号?

Jeffrey Zhong 说:1. 问题一: 输入振幅为10mv的尖角波形,频率200HZ,ADC输出值转换后的毫伏数 < 9.0 mv, 大概是8.7 ~ 8.8 mv的样子;我们对ADC采集值乘以1.03的系数,才能匹配国标的要求(标定,误差< 5%; 振幅, 误差 < 10%);

这输入信号是直流偏置为0V,峰峰值为10mV的尖角波形?请确认下输入共模范围是否满足以下要求,因为我看您电路图中使用的单电源供电,这应该不满足输入共模范围。

同时PGA有带宽限制,如果您输入的尖角波形含有的谐波频率高于PGA的截止频率,那么信号就会被衰减:

这里建议您输入同样振幅的200HZ正弦波以验证这个带宽问题。

Jeffrey Zhong 说:2.问题二: 输入振幅为10mv的尖叫波形,频率200HZ,同时叠加+-300mv直流偏置电压至电极,ADC输出值转换后(*1.03),可以匹配国标的要求。但是! 在叠加直流偏置电压后,波形振幅会在稳定几分钟之后,出现严重的振幅衰减(从测试时>9 到 8.x, 7x …

这里是什么意思,是+300mV直流偏置还是-300mV直流偏置,怎样叠加的,至哪个电极?

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Jeffrey Zhong:

Amy Luo 谢谢您的回复!

你问的测试稍后贴出来。先麻烦您具体指导一下如下问题:

1. “单电源供电,这应该不满足输入共模范围”,这个没有太理解,ADS1292R芯片需要双电源供电吗? 如果是,可有参考的电路图?

2. 寄存器里的PGA Gain是否需要与电路匹配,我们目前的寄存器设置值是 CH0 PGA Gain 6, CH1 PGA Gain 3, 但呼吸波(CH0)的ADC值振幅很小,大概2000左右。

3. 这里有个帖子说到动态范围的类似问题,原工程师回复是说加软件高通滤波,不知道对我们遇到的问题是否有参考意义? 原贴: https://e2echina.ti.com/support/data-converters/f/data-converters-forum/103126/ads1298-300mv

感谢!

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Amy Luo:

别客气~

1、ADC有输入共模电压和差分电压范围要求,如下截图所示:

输入共模电压范围可以有公式5确定,如我上一回复截图,最小输入就是AVSS + 0.2 V+(Gain* VMAX _DIF/2),输入10mVpp的信号不在共模输入范围内,因此PGA不能线性输出。

双电源供电可参考如下截图形式:

Jeffrey Zhong 说:寄存器里的PGA Gain是否需要与电路匹配

我不明白您这里的意思,您的意思是电路输入的信号幅值吗?如果是这样的话,那么是的,因为不同的PGA输入范围不同。

Jeffrey Zhong 说:这里有个帖子说到动态范围的类似问题,原工程师回复是说加软件高通滤波,不知道对我们遇到的问题是否有参考意义?

如果您面临的是一样的问题,可以软件高通滤波以去除这个直流信号。

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Jeffrey Zhong:

Amy Luo

谢谢Amy!

关于供电电压,由于涉及到原理图及电路板的更改,我需要进一步问几个问题,抱歉问题有点多,因为项目进入到认证阶段,这些问题其实应该在设计阶段解决。

1. 我们的需求是产品要同时支持三种采样率: 125 250 500,我看您的截图示例中是以500采样率为例,我的问题是这种供电设计是否也能支持125 250采样率的认证测试?

2. 我们的产品也需要支持呼吸波,该供电电路对呼吸波的采集应该没有影响吧?麻烦确认一下.

3. 国标认证中有如下项: 动态输入范围,输入阻抗,共模抑制比,定标信号,系统噪声,频率响应,最小检测信号;双路供电是否能支持这几种测试?我们送测的默认采样率是125;

4. 双路供电的器件复杂度太高,手册里的"Figure 73. Single-Supply Operation"是否能满足国标测试的要求?

再次感谢并期待您的回复!

Jeffrey Zhong

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Amy Luo:

1、供电设计与data rate 几乎没什么关系,噪声性能与data rate有关,具体见datasheet 7.1 Noise Measurements

2、单电源供电与双电源供电方式影响的是信号输入范围,改变供电方式后满足输入信号(呼吸波信号范围)范围就可以。

3、

Jeffrey Zhong 说:3. 国标认证中有如下项: 动态输入范围,输入阻抗,共模抑制比,定标信号,系统噪声,频率响应,最小检测信号;双路供电是否能支持这几种测试?我们送测的默认采样率是125;

这里是什么意思?没明白您的问题

4、

Jeffrey Zhong 说:双路供电的器件复杂度太高,手册里的"Figure 73. Single-Supply Operation"是否能满足国标测试的要求?

这个不确定,需要用户自行测试。

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Jeffrey Zhong:

Amy Luo

Hi Amy, 感谢您的回复.

这里指的国标测试是食药监局的《动态心电图系统安全和基本性能专用要求》(YY 0885- 2013),"51.5. 不正确的输出"章节对心电设备的若干技术指标进行了规范:包括动态输入范围,输入阻抗,共模抑制比,定标信号,系统噪声,频率响应,最小检测信号等等。

按照您之前的建议,我们用4HZ正弦波进行了测试,信号模拟器输出振幅为2MV, 两个通道的PGA Gain均为6,采样率125, 观察到的现象如下:

1. 偏置电压作用于右导联, 在偏置电压小于 41 MV时,ADC输出 振幅在 2MV左右,正常; 但偏置电压为41MV时,振幅有明显下降到 1.7 MV左右; 偏置电压42 MV,振幅陡降到1MV左右;然后偏置电压 100 MV, 200 MV, 300 MV,振幅以较小幅度衰减到大概0.5 MV左右;

2. 偏置电压作用于左导联, 在偏置电压小于 38 MV时,ADC输出 振幅在 2MV左右,正常; 但偏置电压为38MV时,振幅有明显下降到 1.7 MV左右; 偏置电压39 MV,振幅陡降到1MV左右;然后偏置电压 100 MV, 200 MV, 300 MV,振幅以较小幅度衰减到大概0.5 MV左右;

我们有一款采用ADS1292芯片的设备,同样是3.3V单一电源供电,测试中就没有超过10%的衰减。我们希望ADS1292R的设备也能达到同样的指标。

期待您进一步的建议,感谢!

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Jeffrey Zhong:

Amy Luo

补充一个新的测试现象供参考:

模拟器输入正弦波,在不同的CH2(ECG) PGA设置下,会出现波形失真的情况(如截图),在较高PGA设置重现几率大,6偶尔重现,8和12一定重现;同时我们发现手册里电源部分有一个注释被忽略掉了“When using the ADS1292R and the channel 1 respiration function, this capacitor must be 47 nF”,我们在PGA1N/P所接电容为4.7nF,不知道和这种失真是否有关系? 尝试把CH1(RESP)关闭,失真现象仍然存在,所以不确定是否与PGA1N/P所接电容有关。

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Amy Luo:

建议您先配置使用内部Test信号:

不要使能RLD 放大器,仅采集内部Test信号,看是否可以正常采集?

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Jeffrey Zhong:

Amy Luo

Hi Amy,

经测试,无论是否打开RLD Buffer,内部测试信号都能正常显示,如下图:

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Jeffrey Zhong:

Amy Luo

另外RESP电路是否会影响ECG的电气性能?我们是否需要去除RESP部分电路进行测试?谢谢.

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Amy Luo:

Jeffrey Zhong 说:补充一个新的测试现象供参考:

内部测试信号正常说明是外部输入电路的原因。采集外部输入信号时,您是使能了RESP电路是吗?如果是这样的话,您需要turned off RESP电路,off掉后再测试模拟器输入正弦波是否正常?

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Jeffrey Zhong:

Amy Luo

Dear Amy,

经过对寄存器设置的检查和尝试,我们发现最初的问题可能解决了!

问题就在于"RLDREF_INT" 寄存位的设置,我们之前设为"RLDREF signal fed externally",改为默认值"RLDREF signal (AVDD – AVSS) / 2 generated internally (default)"后,无论是否加偏置电压,4HZ正弦波的振幅都几乎没有衰减(实际还增加了一点点).

但随之而来的问题是:

1. 为什么RLDREF_INT 的设置会影响ADS1292R的动态范围? (也就是加了偏置电压后波形振幅缩小超过10%)

2. RLDREF_INT 改为1后,原有的导联脱落检测机制失效了,我们原来的做法是检测输出采样9字节的第一个字节,如果为0xcc则导联正常,这个方法之前工作得很好;RLDREF_INT更改为1后,所有的输出首字节就变为0xc0了,对导联态不再敏感,我们也尝试读取LOFF_STAT,但仍然侦测不到导联变化。希望您给一些建议(UnderstandingLead-OffDetectioninECG.pdf我们有的,内容有点多,希望能从您这得到一点针对性的建议)

非常感谢!

Jeffrey

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Amy Luo:

Jeffrey Zhong 说:问题就在于"RLDREF_INT" 寄存位的设置,我们之前设为"RLDREF signal fed externally",改为默认值"RLDREF signal (AVDD – AVSS) / 2 generated internally (default)"后,无论是否加偏置电压,4HZ正弦波的振幅都几乎没有衰减(实际还增加了一点点).

看您电路图中RLDIN/ RLDREF pin 是悬空的,配置外部的话,悬空的 pin没有确切的电压或会耦合干扰,对内部电路造成影响。看下面ADC内部框图,RLD放大器的输入是PGA的输出:

Jeffrey Zhong 说:1. 为什么RLDREF_INT 的设置会影响ADS1292R的动态范围? (也就是加了偏置电压后波形振幅缩小超过10%)

这里您说的应该是下面截图描述现象:

我不知道您这里的偏置电压是怎样加的?具体是怎样作用于左导联或右导联的?寄存器配置的怎样的?您可以提供这些信息吗?

Jeffrey Zhong 说:2. RLDREF_INT 改为1后,原有的导联脱落检测机制失效了,我们原来的做法是检测输出采样9字节的第一个字节,如果为0xcc则导联正常,这个方法之前工作得很好;RLDREF_INT更改为1后,所有的输出首字节就变为0xc0了,对导联态不再敏感,我们也尝试读取LOFF_STAT,但仍然侦测不到导联变化。

0xcc的话,通道2的两输入电极状态都是Not connected,您的意思是RLDREF_INT 改为1后,即使导联没有连接也会识别为已连接?

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Jeffrey Zhong:

Amy Luo

Hi Amy,

关于RLDREF_INT设置对动态范围的影响,我想您已经解释清楚了“配置外部的话,悬空的 pin没有确切的电压或会耦合干扰,对内部电路造成影响”,我们测试的场景偏置电压是左右导联都分别加到300mv,一样的现象。改完RLDREF_INT配置,不管加哪个电极,都不再影响振幅。非常感谢。

关于对导联脱落的影响,如您所说,RLDREF_INT改为1后,即使导联没有连接,SPI 输出的首字节也始终是0xc0,并且读取LOFF_STAT也始终为0.我们现在的Workaround是通过判断CH1(呼吸波)的输出是否为直线0x7fffff,来判定导联是否脱落。

我们目前的寄存器设置(因为我们项目初期就开发了一个配置工具,所以可以很方便的切换配置):

//CONFIG1|CONFIG2|LOFF|CH1SET|CH2SET|RLD_SENS|LOFF_SENS|LOFF_STAT|RESP1|RESP2|GPIO

0x00, 0xe0, 0x50, 0x00, 0x10, 0x3c, 0x12, 0x00, 0xf2, 0x83, 0x0c, // hearts3 default pga gain 1 230420

*如果您需要某个寄存器的bit位设置情况,请告诉我,我给您截图

Thanks!
Jeffrey

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Amy Luo:

看您的寄存器配置LOFF_SENS=0x12,并没有使能通道2的lead-off检查;因此LOFF_STAT寄存器对应的值应该是默认值,即b00

RLD_SENS寄存器=0x3c,同时使能了RLD 运放和RLD lead-off检测,这是不允许的。如下datasheet 截图,在进行RLD lead-off检测时,需要power off 掉 RLD 运放:

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Jeffrey Zhong:

Amy Luo

Hi Amy,

感谢指出配置中的问题,经过调整寄存器设置,现在导联检测已经工作了!

//CONFIG1|CONFIG2|LOFF|CH1SET|CH2SET|RLD_SENS|LOFF_SENS|LOFF_STAT|RESP1|RESP2|GPIO

0x00, 0xe0, 0x50, 0x00, 0x10, 0x3c, 0x12, 0x00, 0xf2, 0x83, 0x0c, // 导联检测不工作
0x00, 0xe0, 0xf0, 0x00, 0x00, 0x2c, 0x22, 0x00, 0xf2, 0x83, 0x0c, // 导联检测工作

我们对国标要求的项进行了完整测试,目前仍有两个问题:
1. 输入阻抗,这个目前还在研究细节,如果确实存在问题,再来向您请教;
2. (请忽略这个问题,是采样率太低导致的衰减,把采样率从125改为250就可以了……)频率响应:有一个测试场景是模拟信号为正弦波,振幅2.0mv,要求在0.67HZ 到 40HZ范围内,振幅的衰减/增加在30%范围内(1.4MV – 2.6MV),目前的情况是当频率上升到34HZ时,振幅在1.4左右,但到40HZ时就陡降到1.2左右啦!怀疑是呼吸波线路的感染,我们关闭CH1及 RESP调制解调,甚至去掉电路图中的C37 & C40,情况都没有改善。 CH2 PGA 1 – 6我们也都尝试过,也几乎没有变化。麻烦您再帮助分析/指点一下。(附上34HZ与40HZ的测试截图)。
感谢!
Jeffrey

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Amy Luo:

这似乎是一个新的问题,请您发新帖,以方便其他用户问题检索和我们对帖子的跟进

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Jeffrey Zhong:

Amy Luo

Dear Amy,

目前我们的测试已经通过了!感谢您及时有效的专业回复及意见!

我已经将本问题标记为已解决。

再次对您的支持与帮助表示衷心感谢!

Jeffrey

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Amy Luo:

别客气,很高兴您们的测试已经通过,感谢您的反馈

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