[参考译文] ADS1263：生物信号处理应用

您好、Bryan、

非常感谢您的回答和出色的建议。 该培训材料也是对生物信号处理所需内容的非常有用的总结。

在我目前的设计中、同步 ECG 测量不应成为问题、因为系统中至少有8个 ADC。 这样、每个 ADC 上的一个(单端或差分)通道可以同时采样。 典型 的微控制器设计将在 ADC 之间循环(无论是否具有并发通道采样)、并且测量将通过 SPI 总线事务进行串行化、这样在多个 ADC 微控制器设计中不能实现理想的并行性。 为了缓解这一问题、我使用 FPGA 硬件、为了同时读取每个 ADC 通道、将读数连接在一起、然后针对监控平台对其进行序列化。

我正在使用 ADS1256 ADC、以其最大吞吐量频率同时采样(例如每个 ADC 1个通道)。 从连接到 SPI 总线和 ADC 外部信号的逻辑分析仪的输出可以 看出、尽管 DRDY 信号在采样开始时(恰好在复位后)表现完全相同、但它们以某种或另一种方式漂移、 由于 DRDY 周期的细微变化以及可能的 SPI 内核发送器/接收器就绪周期-尽管我希望后者几乎没有影响、因为逻辑以50MHz 的频率驱动、并且 ADC 读数将以546至4374Hz 的速率执行(对于单端配置)。

实际上、这种近乎理想的并发性可以通过系统中用于 ECG 测量的多个 ADC 实现、但会受到 DRDY 周期变化等的影响 -由于多路复用器循环、在每个 ADC 使用多个通道进行 EEG 设置时、理论上结果将不太精确。 同样、由于采用了 FPGA、在 EEG 设置中、虽然在这种情况下不会同时读取每个通道、但每个 ADC 的每个通道都将同时读取(例如每个 ADC 的通道0、 然后是每个 ADC 的通道1等)、以便保持良好的并行性水平。

由于 EEG 信号位于低频带中、并且在每个 ADC 上使用每个通道时的最大采样率将在此配置中提供546 SPS 的采样率(远高于奈奎斯特频率)、如果我的推理正确、波形精度的损失可以忽略不计。 尽管每个通道的每个数据点相对于之前的读取通道(每个 ADC 上的8个通道中的每个通道)都有一个很小的时间偏移、但在产生的波形中这种影响并不明显。

我已经使用生成的振幅为100uV 且频率介于1-80Hz 之间的波形测试了这个配置、该波形随后被系统中当前的内放大器放大并被提供给系统中的所有通道。 峰值高度对齐、且波形足够平滑、可进行视觉分析。 考虑到50Hz 电力线峰值位置和生成信号的峰值位置、FFT 图看起来也非常精确。

如果我的上述参数有点接近正确、 则 ADS129x 通道的同步采样不 会构成比 ADS1263的优势、 相反、它将提供高达32位的分辨率(取决于所选的内部滤波器速率设置)、而不是 ADS129x 的24位分辨率。 实际上、ADS129x 系列提供了生物信号处理(导联脱落检测等)所需的大部分电路、这是一个巨大的优势、因此根据此类实现所带来的挑战和成本、ADS129x 系列可能是更合理的选择。

霍利亚