EVAL - ADAS1000SDZ評估板：醫(yī)療ECG前端評估利器

在醫(yī)療電子領域，心電圖（ECG）前端設備的評估和開發(fā)至關重要。今天，我們就來深入了解一下EVAL - ADAS1000SDZ評估板，它是用于演示和開發(fā)ADAS1000集成心電圖設備的理想工具。

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一、EVAL - ADAS1000SDZ評估板概述

1. 主要功能

EVAL - ADAS1000SDZ評估板的主要功能是展示ADAS1000集成心電圖（ECG）設備在醫(yī)療儀器中的應用。它能夠處理生物電位信號，將其轉換為數字化信號輸出。該評估板支持6個電極（5個采集通道和1個驅動導聯），配備2個ADAS1000（主/從），可進行1到12導聯電極測量。

2. 特點與優(yōu)勢

• 多種檢測功能：具備AC和DC導聯脫落檢測、起搏檢測功能，還可進行可選的胸廓阻抗測量（內部/外部）。
• 靈活配置：可選擇參考導聯，提供導聯或電極數據，具有校準功能（DAC和1 mV方波/正弦波）。
• 數據輸出靈活：支持低速或高速數據輸出速率，串行接口與SPI?、QSPI?、DSP兼容。

3. 應用場景

該評估板適用于多種醫(yī)療應用，如ECG監(jiān)測、患者監(jiān)護儀、動態(tài)心電圖監(jiān)測儀（Holter monitor）以及心臟除顫器等。

二、評估板使用前的準備

1. 評估套件內容

• EVAL - ADAS1000SDZ板：核心評估板，用于連接各種設備和信號源。
• 醫(yī)療級通用交流轉直流壁式適配器（+5 V）：為評估板提供穩(wěn)定的電源。
• CD：包含自安裝圖形用戶界面（GUI）軟件，可讓用戶對ADAS1000進行讀寫操作并流式傳輸數據；還包含ADAS1000數據手冊的電子版本和EVAL - ADAS1000SDZ文檔的電子版本。

2. 硬件要求

• 電源供應：需要+5 V的電源，可以使用提供的交流 - 直流適配器。
• 患者模擬器：用于模擬患者的ECG信號，方便進行測試和評估。
• SDP板：用于將數據傳輸到PC的控制器板，可單獨訂購（EVAL - SDP - CB1Z）。

3. 軟件安裝

• 概述：EVAL - ADAS1000SDZ套件的CD中包含自安裝軟件。在將SDP板連接到PC的USB端口之前，應先安裝軟件，以確保PC能識別SDP板。
• 詳細步驟：啟動Windows操作系統(tǒng)，插入CD，安裝軟件會自動啟動。若未自動啟動，可運行CD中的setup.exe文件。軟件安裝分為兩部分，先安裝與ADAS1000評估板相關的軟件，再安裝與SDP控制器板相關的軟件。安裝完成后，通過USB電纜插入SDP板，讓新硬件向導運行以檢測并加載驅動程序。

三、評估板硬件詳解

1. 關鍵特性

• ECG電極路徑：具備5或10條ECG電極路徑，能夠演示1到12導聯的ECG數據。
• 檢測與顯示功能：支持AC和DC導聯脫落檢測、呼吸和起搏測量及顯示，具有校準功能和測試音調。
• 數據記錄與顯示：可通過Analog Devices ADAS1000 GUI在PC屏幕上實時顯示ECG電極或導聯數據，并可記錄ECG數據以供離線查看。

2. 電源連接

評估板有多種電源供應選項：

• J9直流插孔：需要5 V、250 mA的電源，可為SDP板和ADAS1000相關電路供電。
• J7螺絲端子：同樣需要5 V、250 mA的電源，為板上的直流 - 直流轉換器供電，進而為板上所有電路和SDP板供電。
• J5螺絲端子：為ADAS1000設備和板上其余電路提供可選的電源輸入。

3. 連接器

• 電極連接器J1：是主要的模擬輸入接口，用于連接客戶專有的導聯線。它是DB15母連接器，與D - SUB插頭匹配，提供主從設備的所有ADAS1000電極連接，以及右腿驅動（RLD_OUT）和屏蔽驅動（SHIELD）引腳。
• SDP接口連接器J2：用于與Analog Devices SDP1Z控制板進行接口，該控制板由USB控制，主要用于將評估板作為獨立評估和學習平臺進行操作。
• 主ADAS SPI連接器J4：提供ADAS1000的數字接口引腳，可使設備在獨立模式下使用（無需SDP控制板），方便用戶開發(fā)自己的代碼并直接評估ADAS1000。
• 起搏接口/GPIO連接器J6：為主設備提供可選的輔助接口，用于基于客戶的數字起搏檢測算法，提供128 kHz數據速率下捕獲的ECG數據。

4. 其他硬件組件

• 復位按鈕：評估板上有兩個復位按鈕，SDP復位用于復位SDP板，ADAS復位用于將ADAS1000設備復位到默認/上電配置。
• LED：板上有一個LED（D10），當通過J7（+5 V連接器）為板供電時，LED會亮起。
• 跳線：板上有多個跳線，用于靈活配置。這些跳線允許用戶直接驅動主ADAS1000 SPI接口，而無需擔心其他SPI控制組件。

四、ADAS1000軟件操作

1. 快速操作

• 啟動ADAS1000軟件，打開主面板。
• 點擊“Default Settings”為ADAS1000上電，將設備配置到已知狀態(tài)。
• 點擊“Stream ECG”開始流式傳輸ECG數據，GUI會自動從評估板讀取ECG數據。

2. 主控制面板詳細描述

軟件啟動后，EVAL - ADAS1000SDZ軟件的主窗口打開。評估板會自動檢測LK12是否插入，以確定是從單個設備（主設備，LK12 = open）還是從兩個設備（主設備和從設備，LK12 = inserted）讀取數據。主面板上有多個彈出窗口，可用于訪問所有寄存器控制、流式傳輸（ECG、呼吸、起搏和導聯脫落）以及寫入文件窗口。

3. 寄存器控制

點擊主控制面板上的“Program All RW Reg”可訪問不同控制寄存器的選項卡。在不同選項卡之間切換時，每次點擊選項卡，設備會讀取相應寄存器并更新讀取寄存器列表。使用“Write Read Reg”可寫入數據并讀取所有寄存器以確認寫入。注意，寫入面板的內容可能與ADAS1000寄存器的內容不匹配，因此在使用該面板更新特定寄存器時，應先進行“ReSync Write Reg”操作，確保寫入和讀取面板匹配，然后再進行更改。還可以使用“Save Reg State”和“Load Reg State”保存和重新加載寄存器設置。

4. ECG捕獲

ECG捕獲選項卡允許用戶在不同數據速率下以向量或電極模式查看ECG模式。通過右側的選項卡面板可快速配置不同參數，如濾波器、數據速率、功率模式、向量/電極等。還可以使用LabVIEW?濾波器進行額外濾波，并查看捕獲的心率。

5. ECG捕獲與數字后處理

在ECG捕獲窗口中，用戶可以使用LabVIEW濾波器（0.05 Hz）查看診斷帶寬，并對信號進行交流耦合。軟件還支持檢測心率。

6. 導聯脫落控制

導聯脫落選項卡允許用戶控制導聯脫落檢測功能（AC或DC），并設置電流和閾值水平。對于DC導聯脫落，注意VCM為1.3 V，因此上限閾值應超過1.3 V以確保檢測到導聯脫落事件。對于AC導聯脫落，閾值水平以振幅表示，可能需要調整以找到合適的檢測水平。

7. 呼吸功能

呼吸窗口允許配置呼吸功能并顯示呼吸速率?？墒褂谩癚uick Respiration Setup”快速配置設備，也可在呼吸寄存器中配置多種選項。

8. 起搏功能

起搏寄存器控制提供多種功能。起搏算法是一個數字算法，可同時在3個導聯上運行，能夠檢測100 μs到2 ms的起搏寬度和400 μV到1000 mV的振幅。用戶可以選擇每個起搏算法分析的導聯，配置不同的閾值水平，使用“Quick Pace Setup”將起搏控制和閾值設置為默認水平并開始流式傳輸起搏數據。當檢測到起搏信號時，幀頭會標記，起搏算法會測量檢測到的起搏的高度和寬度，并提供該信息以供讀取。

9. 寫入文件

“Write to File”選項卡允許在一段時間內存儲數據捕獲。用戶可以選擇原始（以十進制格式讀取和提供數據）、電壓（軟件計算每個導聯/電極的相應電壓）或解析（解析出頭文件和其余單詞并以十進制格式提供）文件進行離線處理。

10. 測試音調

ADAS1000內置測試音調，可輸出10 Hz或150 Hz的1 mV正弦波，以及1 mV校準脈沖。要正確查看這些信號，需在ECGCTL寄存器中將ADAS1000配置為電極模式，并且在CMREFCTL寄存器中，不應將任何電極配置為對共模信號有貢獻。

11. 共模電平/威爾遜中心端

ADAS1000允許靈活配置共模信號，任何電極都可用于生成共模電平VCM。當沒有電極被選用于貢獻共模電平時，VCM = VCM_REF（內部1.3 V電平）。還可以配置威爾遜中心端（RA + LA + LL）/3。VCM可輸出到CM_OUT引腳，內部使用的VCM電平可以來自內部VCM電平（通過電極選擇安排），也可以從CM_IN引腳外部獲取。

五、評估板原理圖與詳細描述

1. 原理圖概述

主設備的原理圖可參考圖46，主設備提供ECG電極RA、LA、LL、V1、V2和RLD，從設備服務于ECG電極V3、V4、V5、V6和一個備用通道。

2. ECG保護

ADAS1000設備板上有標準的ESD單元，ECG輸入路徑上使用了SP724 SCR/二極管保護陣列，但不提供除顫保護。

3. 可選組件空間

ECG路徑上提供了可選組件空間，用于用戶提供的電纜和濾波器建模，以及到RLD的下拉電阻。但要注意，這些組件可能會限制DC導聯脫落功能的檢測。

4. 右腿驅動

右腿驅動放大器或參考放大器用于反饋回路，使患者的共模電壓接近ADAS1000系列內部的1.3 V參考電平（VCM_REF），以提供最大的輸入動態(tài)范圍，幫助抑制外部噪聲和干擾，并吸收ECG電極上注入的DC或AC導聯脫落電流。

5. VREG EN

VREG EN = 1（LK9 open）允許內部LDO電源為DVDD和ADCVDD導軌供電。如果使用J5連接器直接為部件提供DVDD和ADCVDD導軌，則VREG_EN = 0（LK9 closed）可禁用板上的調節(jié)器，并移除LK17和LK18。

6. 起搏接口（可選）

通過連接器J6提供可選的起搏接口，這是一個主接口，為外部數字起搏算法提供快速的128 kHz ECG數據。

7. 電源

評估板包含ADP2503降壓 - 升壓調節(jié)器，允許使用3節(jié)AA（4.5 V）電池供電。ADP151 LDO提供所需的AVDD = 3.3 V和IOVDD = 3.3 V導軌。

8. 主ADAS1000的靈活呼吸功能

呼吸測量在主設備中進行，呼吸路徑具有很大的靈活性，可通過不同路徑進行呼吸測量，如內部驅動/通過ECG路徑測量、內部驅動/通過ECG/EXT_RESP路徑測量、內部驅動/通過EXT_RESP路徑測量、外部驅動/通過ECG路徑測量、外部驅動/通過EXT_RESP路徑測量以及外部驅動/使用外部儀表放大器階段繞過內部ADAS1000呼吸放大器等。

六、故障排除

1. 硬件故障排除

• 連接ADAS1000 J2到SDP板連接器。
• 為ADAS1000 J9連接器供電，然后將USB電纜連接到SDP J1。ADAS1000板上的D10和SDP板上的LED1應亮起。
• 確認SDP板在設備管理器中可見。
• 測量IOVDD和AVDD的電壓，兩者應約為3.3 V。
• 啟動軟件，從主前面板應能夠對設備進行讀寫操作并開始流式傳輸數據。
• 點擊前面板上的“Default Setup”快速配置設備。
• 點擊前面板上的“Program All RW reg”確認寄存器內容。
• 如果讀寫操作不正常，關閉電源，檢查ADAS1000芯片是否正確插入，以及固定ADAS1000到板上的夾子是否過緊。必要時更換ADAS1000芯片。

2. 軟件故障排除

• 確認安裝文件夾（默認C:Program FilesAnalog DevicesADAS1000）中的文件是否存在。如果文件缺失，從CD重新安裝軟件，安裝后可能需要重啟。
• 始終在首次將評估板/SDP連接到PC之前安裝軟件。

七、注意事項

1. ESD注意事項

該評估板是靜電放電（ESD）敏感設備，帶電設備和電路板可能會在無檢測的情況下放電。盡管產品具有專利或專有保護電路，但受到高能量ESD的設備仍可能受損。因此，應采取適當的ESD預防措施，以避免性能下降或功能喪失。

2. 法律條款和條件

使用評估板即表示同意相關條款和條件。評估板僅用于評估目的，不得用于其他用途。用戶不得出租、租賃、展示、銷售、轉讓、分配、再許可或分發(fā)評估板，也不得允許第三方訪問評估板。評估板的所有權歸Analog Devices, Inc.所有，用戶有保密義務，不得披露或轉讓評估板的任何部分。ADI可隨時終止協(xié)議，用戶應在終止時歸還評估板。ADI對評估板不提供任何形式的保證或擔保，其總責任限制為100美元。用戶還需遵守美國聯邦出口法律和法規(guī)。

EVAL - ADAS1000SDZ評估板為醫(yī)療ECG前端的評估和開發(fā)提供了全面而強大的解決方案。通過了解其硬件特性、軟件操作和故障排除方法，電子工程師可以更好地利用該評估板進行相關的設計和開發(fā)工作。你在使用類似評估板時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗。