测试

树老大

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功能框图
图1.
LOD–
LOD+
AD8232
+VS GND
SW OPAMP+ REFOUT OPAMP– OUT
HPSENSE IAOUT REFIN
HPDRIVE
+IN
–IN
RLD
RLDFB
FR
SDN
AC/DC
LEADS-OFF
DETECTION
10kΩ
10kΩ
150kΩ
S1
S2
20
2
1
3
4
19 18 17 16
15
IA
A3
5
6 7 8 9
A1
10
A2
14
13
12
11
10866-001
C2
C1
产品特性
全集成式单导联ECG前端
低电源电流：170 μA(典型值)
共模抑制比：80 dB(DC至60 Hz)
两个或三个电极配置
高信号增益(G = 100)，带DC阻塞能力
2极点可调高通滤波器
接受高达±300 mV的半电池电位
快速恢复功能减少了滤波器的建立时间
无使用约束运算放大器
3极点可调低通滤波器，带可调增益
导联脱落检测：交流或直流选择
集成右腿驱动(RLD)放大器
单电源供电：2.0 V至3.5 V
集成基准电压缓冲器产生虚拟地
轨到轨输出
内部RFI滤波器
8 kV HBM ESD额定值
关断引脚
20引脚4 mm4 mm LFCSP封装
应用
健身及运动心率监护仪
便携式ECG
远程健康监护
游戏外围设备
生物电信号采集
概述
AD8232是一款用于ECG及其他生物电测量应用的集成信号
调理模块。该器件设计用于在具有运动或远程电极放置产
生的噪声的情况下提取、放大及过滤微弱的生物电信号。
该设计使得超低功耗模数转换器(ADC)或嵌入式微控制器
能够轻松地采集输出信号。
AD8232采用双极点高通滤波器来消除运动伪像和电极半电
池电位。该滤波器与仪表放大器结构紧密耦合，可实现单
级高增益及高通滤波，从而节约了空间和成本。
AD8232采用一个无使用约束运算放大器来创建一个三极点
低通滤波器，消除了额外的噪声。用户可以通过选择所有
滤波器的截止频率来满足不同类型应用的需要。
单导联心率监护前端
AD8232
为了提高系统线路频率和其他不良干扰的共模抑制性能，
AD8232内置一个放大器，用于右腿驱动(RLD)等受驱导联
应用。
AD8232包含一项快速恢复功能，可以减少高通滤波器原本
较长的建立长尾现象。如果放大器轨电压发生信号突变(如
导联脱离情况)，AD8232将自动调节为更高的滤波器截止
状态。该功能让AD8232可以实现快速恢复，因而在导联连
接至测量对象的电极之后能够尽快取得有效的测量值。
AD8232采用4 mm × 4 mm、20引脚LFCSP封装。额定温度
范围为0°C至70°C，能在−40℃至+85℃的范围内工作。
ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供
的最新英文版数据手册。
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产品特性...........................................................................................1
应用....................................................................................................1
功能框图...........................................................................................1
概述....................................................................................................1
修订历史...........................................................................................2
技术规格...........................................................................................3
绝对最大额定值..............................................................................5
ESD警告.......................................................................................5
引脚配置和功能描述.....................................................................6
典型性能参数...................................................................................7
仪表放大器性能曲线................................................................7
运算放大器性能曲线............................................................. 10
右腿驱动(RLD)放大器性能曲线......................................... 13
基准电压缓冲器性能曲线.................................................... 14
系统性能曲线.......................................................................... 15
工作原理........................................................................................ 16
架构概览................................................................................... 16
仪表放大器.............................................................................. 16
运算放大器.............................................................................. 16
右腿驱动放大器...................................................................... 17
基准电压缓冲器...................................................................... 17
快速恢复电路.......................................................................... 17
导联脱落检测.......................................................................... 18
AD8232
目录
待机操作................................................................................... 19
输入保护................................................................................... 19
射频干扰(RFI) ........................................................................ 20
电源调整与旁路...................................................................... 20
折合到输入端的失调............................................................. 20
布局建议................................................................................... 20
应用信息........................................................................................ 21
消除电极失调.......................................................................... 21
高通滤波................................................................................... 21
低通滤波和增益...................................................................... 23
驱动模数转换器...................................................................... 23
驱动电极................................................................................... 23
应用电路........................................................................................ 24
心脏附近心率测量................................................................. 24
运动应用： 在双手处测量心率.......................................... 24
心脏监护仪配置...................................................................... 25
带运动伪像消除功能的便携式心脏监护仪..................... 25
封装和订购信息........................................................................... 27
外形尺寸................................................................................... 27
订购指南................................................................................... 27
修订历史
2013年2月—修订版0至修订版A
更改表1..............................................................................................4
更改表2..............................................................................................6
更改图17............................................................................................9
更改图22和图25............................................................................ 11
更改图34和图36............................................................................ 14
更改图45、“架构概览”部分和“仪表放大器”部分................ 17
更改“右腿驱动放大器”部分、“基准电压缓冲器”部分、“快
速恢复电路”部分和图48；增加图46，重新排序................ 18
更改图49......................................................................................... 19
更改“交流导联脱落”部分和“待机操作”部分........................ 20
更改“折合到输入端的失调”部分............................................. 21
更改图53和“高通滤波”部分...................................................... 22
更改“其它高通滤波选项”部分；增加表4 .............................. 23
更改“低通滤波和增益”部分；增加“驱动模数转换器”部分
和图61............................................................................................. 24
更改图62、图64和“心脏附近心率测量”部分........................ 25
更改“应用练习：在双手处测量心率”和图66........................ 26
更改图68......................................................................................... 27
2012年8月—修订版0：初始版
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表1.
参数 符号 测试条件/注释 最小 值典型 值最大 值单位
仪表放大器
共模抑制比
(DC至60 Hz)
共模抑 制比(CMRR) VCM = 0.35 V至2.85 V，VDIFF = 0 V 80 86 dB
VCM = 0.35 V至2.85 V，VDIFF = ±0.3 V 80 dB
电源抑制比电源抑 制比(PSRR) VS = 2.0 V至3.5 V 76 90 dB
失调电压(RTI) VOS
仪表放大器输入 3 8 mV
隔直输入1 5 50 μV
平均失调漂移
仪表放大器输入 10 μV/°C
隔直输入1 0.05 μV/°C
输入偏置电流IB 50 200 pA
TA= 0°C至70°C 1 nA
输入失调电流IOS 25 100 pA
TA= 0°C至70°C 1 nA
输入阻抗
差分 10||7.5 G||pF
共模 5||15 G||pF
输入电压噪声(RTI)
频谱噪声密度 f = 1 kHz 100 nV/Hz
峰峰值电压噪声 f = 0.1 Hz至10 Hz 12 μV p-p
f = 0.5 Hz至40 Hz 14 μV p-p
输入电压范围 TA= 0°C至70°C 0.2 +VS V
直流差分输入范围VDIFF −300 +300 mV
输出
输出摆幅 RL = 50 k 0.1 +VS − 0.1 V
短路电流IOUT 6.3 mA
增益AV 100 V/V
增益误差 VDIFF = 0 V 0.4 %
VDIFF = −300 mV至+300 mV 1 3.5 %
平均增益漂移 TA= 0°C至70°C 12 ppm/°C
带宽BW 2 kHz
RFI滤波器截止频率(每个输入端) 1 MHz
运算放大器(A1)
失调电压VOS 1 5 mV
平均温度系数(TC) TA= 0°C至70°C 5 μV/°C
输入偏置电流IB 100 pA
TA= 0°C至70°C 1 nA
输入失调电流IOS 100 pA
TA= 0°C至70°C 1 nA
输入电压范围 0.1 +VS − 0.1 V
共模抑制比共模抑 制比(CMRR) VCM = 0.5 V至2.5 V 100 dB
电源抑制比电源抑 制比(PSRR) 100 dB
大信号电压增益AVO 110 dB
输出电压范围 RL = 50 k 0.1 +VS − 0.1 V
短路电流限值IOUT 12 mA
增益带宽积GBP 100 kHz
压摆率SR 0.02 V/μs
电压噪声密度(RTI) en f = 1 kHz 60 nV/Hz
峰峰值电压噪声(RTI) en p-p f = 0.1 Hz至10 Hz 6 μV p-p
f = 0.5 Hz至40 Hz 8 μV p-p
AD8232
技术规格
除非另有说明，VS = 3 V，VREF = 1.5 V，VCM = 1.5 V，TA = 25°C，FR=低电平，SDN=高电平，AC/DC =低电平。
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右腿驱动放大器(A2)
输出摆幅 RL = 50 k 0.1 +VS − 0.1 V
短路电流IOUT 11 mA
积分器输入电阻 120 150 180 k
增益带宽积GDP 100 kHz
基准电压缓冲器(A3)
失调误差VOS RL > 50 k 1 mV
输入偏置电流IB 100 pA
短路电流限值IOUT 12 mA
电压范围 RL = 50 k 0.1 +VS − 0.7 V
直流导联脱落比较器
阈值电压 +VS − 0.5 V
迟滞 60 mV
传播延迟 0.5 μs
交流导联脱落检测器
方波频率FAC 50 100 175 kHz
方波幅度IAC 200 nA p-p
阻抗阈值 +IN和−IN之间10 20 M
检测延迟 110
快速恢复电路
开关 S1和S2
导通电阻RON 8 10 12 k
关断泄漏 100 pA
窗口比较器
阈值电压 任一供电轨 50 mV
传播延迟 2 μs
开关时序特性
反馈恢复开关导通时间tSW1 110 ms
滤波器恢复开关导通时间tSW2 55 ms
快速恢复电路复位时间tRST 2 μs
逻辑接口
输入特性
输入电压(AC/DC和FR)
低 VIL 1.24 V
高 VIH 1.35 V
输入电压(SDN)
低 VIL 2.1 V
高 VIH 0.5 V
输出特性 LOD+和LOD−引脚
输出电压
低 VOL 0.05 V
高 VOH 2.95 V
系统规格
静态电源电流 170 230 μA
TA = 0°C至70°C 210 μA
关断电流 40 500 nA
TA = 0°C至70°C 100 nA
电源电压范围 2.0 3.5 V
额定温度范围 0 70 °C
工作温度范围 −40 +85 °C
1 折合到仪表放大器输入端的失调。更多信息参见“折合到输入端的失调”部分。
参数符号测试条件/注释最小值典型值最大值单位
AD8232
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绝对最大额定值
表2.
参数 额定值
电源电压3.6 V
输出短路电流持续时间不定
最大电压(任意引脚1) +VS + 0.3 V
最小电压(任意引脚1) −0.3 V
存储温度范围−65°C至+125°C
工作温度范围−40°C至+85°C
最高结温140°C
JA热阻2 48°C/W
JC热阻4.4°C/W
ESD额定值
人体模型(HBM) 8 kV
充电器件模型(FICDM) 1.25 kV
机器模型(MM) 200 V
1 此电平或最大额定电源电压(以较小者为准)表示任意引脚的电压上限。若
要求输入电压超过额定最小或最大电压，应与输入端串联地放置电阻以将
电流限制在5 mA以下。
2 JA针对空气中的4层JEDEC电路板上的器件而规定。
注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损
坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其它
超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推断器件
能否正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响
器件的可靠性。
ESD警告
ESD(静电放电)敏感器件。
带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。
尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高能
量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当的
ESD防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。
AD8232
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引脚配置和功能描述
图2. 引脚配置
表3. 引脚功能描述
引脚 编号 引脚名称 描述
1 HPDRIVE 高通驱动器输出端。应将HPDRIVE连接到第一个高通滤波器中的电容。
AD8232驱动该引脚以保持HPSENSE与基准电压处在同一电平。
2 +IN 仪表放大器正输入端。+IN通常连接到左臂(LA)电极。
3 −IN 仪表放大器负输入端。−IN通常连接到右臂(RA)电极。
4 RLDFB 右腿驱动反馈输入端。RLDFB是右腿驱动电路的反馈引脚。
5 RLD 右腿驱动输出端。应将驱动电极(通常为右腿)连接到RLD引脚。
6 SW 快速恢复开关引脚。应将该引脚连接到第二个高通滤波器的输出端。
7 OPAMP+ 运算放大器同相输入端。
8 REFOUT 基准电压缓冲器输出端。仪表放大器输出参考此电位。
应将REFOUT用作电路中需要参考信号的任何点的虚拟地。
9 OPAMP− 运算放大器反相输入端。
10 OUT 运算放大器输出端。此输出端提供经过完全调理的心率信号。
OUT可连接到ADC的输入端。
11 LOD− 导联脱落比较器输出端。在直流导联脱落检测模式下，当与−IN电极断开连接时，
LOD−处于高电平状态，反之则处于低电平状态。在交流导联脱落检测模式下，LOD−始终处于低电平状态。
导联脱落比较器输出端。在直流导联脱落检测模式下，当+IN电极断开连接时，LOD+处于高电平状态，
反之则处于低电平状态。在交流导联脱落检测模式下，当−IN或+IN电极断开连接时，LOD+处于高电平状态，
这两个电极都连接时则处于低电平状态。
12 LOD+
13 SDN 关断控制输入端。 将SDN驱动至低电平，可进入低功耗关断模式。
14 AC/DC 导联脱落模式控制输入端。 对于直流导联脱落模式，应将AC/DC引脚驱动至低电平。
对于交流导联脱落模式，应将AC/DC引脚驱动至高电平。
15 FR 快速恢复控制输入端。将FR驱动至高电平可使能快速恢复模式；否则，应将其驱动至低电平。
16 GND 电源地。
17 +VS 电源引脚。
18 REFIN 基准电压缓冲器输入端。REFIN(高阻抗输入引脚)可用于设置基准电压缓冲器的电平。
19 IAOUT 仪表放大器输出引脚。
20 HPSENSE 仪表放大器的高通检测输入端。
应将HPSENSE连接到设置隔直电路转折频率的R与C结点。
EP 裸露焊盘。裸露焊盘应接GND或保持不连接。
14
13
12
1
3
4
AC/DC
15 FR
SDN
LOD+
11 LOD–
HPDRIVE
–IN
+IN 2
RLDFB
RLD 5
7 +PMAPO
6 WS
8 TUOFER
9 –PMAPO
01 TUO
91 TUOAI
02 ESNESPH
81 NIFER
71 V+ S
61 DNG
AD8232
TOP VIEW
NOTES
1. CONNECT THE EXPOSED PAD TO GND OR
LEAVE UNCONNECTED.
10866-002
AD8232
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图3. 仪表放大器CMRR分布图
图4. 仪表放大器增益误差分布图
图5. 仪表放大器输入共模范围与输出电压的关系
图6. 仪表放大器输入偏置电流与CMV的关系
图7. 仪表放大器增益与频率的关系
图8. 仪表放大器CMRR与频率的关系，RTI
1200
1000
200
400
600
800
0
–120 –90 –60 –30 0 30 60 90 120
UNITS
CMRR (μV/V)
10866-003
1400
1200
1000
200
400
600
800
0
–2.0 –1.5 –1.0 –0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0
UNITS
GAIN ERROR (%)
10866-004
3.5
3.0
–0.5
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
OUTPUT VOLTAGE (V)
10866-005
50
–50
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
INPUT BIAS CURRENT (pA)
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
–40
–30
–20
–10
0
10
20
30
40
10866-006
50
40
30
20
10
0
–10
1 10 100 1k 10k 100k
GAIN (dB)
FREQUENCY (Hz)
NO DC OFFSET
300mV OFFSET
10866-007
120
100
40
60
80
20
10 100 1k 10k 100k
CMRR (dB)
FREQUENCY (Hz)
NO DC OFFSET
+300mV OFFSET
–300mV OFFSET
10866-008
典型性能参数
除非另有说明，VS = 3 V，VREF = 1.5 V，VCM = 1.5 V，TA = 25°C。
仪表放大器性能曲线
AD8232
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图9. 仪表放大器PSRR与频率的关系
图10. 仪表放大器电压噪声频谱密度(RTI)
图11. 仪表放大器0.1 Hz至10 Hz噪声
图12. 仪表放大器0.5 Hz至40 Hz噪声
图13. 仪表放大器增益误差与直流失调的关系
图14. 仪表放大器小信号脉冲响应
120
20
0.1 1 10 100 1k 10k 100k
PSRR (dB)
FREQUENCY (Hz)
30
40
50
60
70
80
90
100
110
10866-009
10k
1k
100
1
0.1 1 10 100 1k 10k 100k
NOISE (nV/√Hz)
FREQUENCY (Hz)
10866-010
10μV/DIV
1s/DIV
10866-011
10μV/DIV
200ms/DIV
10866-012
1.0
0
0 50 100 150 200 250 300
GAIN ERROR (%)
DC OFFSET (mV)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
10866-013
100μs/DIV 50mV/DIV
22pF
470pF
1nF
10866-014
AD8232
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图15. 仪表放大器大信号脉冲响应
图16. 仪表放大器输出摆幅与负载的关系
图17. 仪表放大器隔直输入失调漂移
图18. 仪表放大器输入偏置电流和输入失调电流与温度的关系
图19. 仪表放大器增益误差与温度的关系
图20. 仪表放大器CMRR与温度的关系
0.5V/DIV 100μs/DIV
10866-015
1.5
1.0
0.5
0
–0.5
–1.0
–1.5
100 1k 10k 100k 1M
OUTPUT SWING (V)
LOAD (Ω)
–40-°C
+25°C
+85°C
10866-016
0.4
–0.4
–40 –20 0 20 40 60 80 100
DC BLOCKING INPUT OFFSET (mV)
TEMPERATURE (°C)
–0.3
–0.2
–0.1
0
0.1
0.2
0.3
10866-017
4.0
–1.0
–40 –20 –0 20 40 60 80 100
INPUT BIAS CURRENT (nA)
INPUT OFFSET CURRENT (nA)
TEMPERATURE (°C)
–0.2
–0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
–0.5
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
IB
IOS
10866-018
0.5
–0.5
–40 –20 0 20 40 60 80 100
GAIN ERROR (%) TEMPERATURE (°C)
–0.4
–0.3
–0.2
–0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
10866-019
50
–50
–40 –20 0 20 40 60 80 100
CMRR (μV/V)
TEMPERATURE (°C)
–40
–30
–20
–10
0
10
20
30
40
10866-020
AD8232
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运算放大器性能曲线
图21. 运算放大器失调分布图
图22. 运算放大器开环增益和相位与频率的关系
图23. 各种容性负载的运算放大器小信号响应
图24. 运算放大器大信号瞬态响应
图25. 运算放大器电压噪声频谱密度与频率的关系
图26. 运算放大器0.1 Hz至10 Hz噪声
1000
200
400
600
800
0
–4 –2 0 2 4
UNITS
OFFSET VOLTAGE (mV)
10866-021
140
–40
180
0
0.1 1 10 100 1k 10k 100k 1M
GAIN (dB)
PHASE MARGIN (Degrees)
FREQUENCY (Hz)
20
40
60
80
100
120
140
160
–20
0
20
40
60
80
100
120
GAIN
PHASE MARGIN
10866-022
10μS/DIV 50mV/DIV
22pF
470pF
1nF
10866-023
0.5V/DIV 100μV/DIV
10866-024
10k
1k
100
10
0.1 1 10 100 1k 10k 100k
NOISE (nV/√Hz) FREQUENCY (
Hz)
10866-025
5μV/DIV
1s/DIV
10866-026
AD8232
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图27. 运算放大器0.5 Hz至40 Hz噪声
图28. 运算放大器偏置电流与输入共模电压的关系
图29. 运算放大器输出电压摆幅与输出电流的关系
图30. 运算放大器电源抑制比
图31. 运算放大器负载瞬态响应(100 A负载变化)
图32. 运算放大器失调与温度的关系
5μV/DIV
200ms/DIV
10866-027
100
–100
0 3.5
INPUT BIAS CURRENT (pA)
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
–80
–60
–40
–20
0
20
40
60
80
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
10866-028
1.5
1.0
0.5
0
–0.5
–1.0
–1.5
100 1k 10k 100k 1M
OUTPUT SWING (V)
LOAD (Ω)
–40-°C
+25°C
+85°C
10866-029
120
0
10
20
0.1 1 10 100 1k 10k 100k
PSRR (dB)
FREQUENCY (Hz)
30
40
50
60
70
80
90
100
110
10866-030
20V/DIV
10μV/DIV
10866-031
0.8
–0.8
–40 –20 0 20 40 60 80 100
OFFSET (mV)
TEMPERATURE (°C)
–0.6
–0.4
–0.2
0
0.2
0.4
0.6
10866-032
AD8232
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图33. 运算放大器偏置电流与温度的关系
10,000
1,000
100
10
1
–40 100
INPUT BIAS CURRENT (pA)
TEMPERATURE (°C)
–20 0 20 40 60 80
10866-033
AD8232
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右腿驱动(RLD)放大器性能曲线
图34. RLD放大器开环增益和相位与频率的关系
图35. RLD放大器输出电压摆幅与输出电流的关系
图36. RLD放大器电压噪声频谱密度与频率的关系
图37. RLD放大器0.1 Hz至10 Hz噪声
图38. RLD放大器0.5 Hz至40 Hz噪声
140
–40
180
0
0.01 0.1 1 10 100 1k 10k 100k 1M
OPEN-LOOP GAIN (dB)
PHASE (Degrees)
FREQUENCY (Hz)
20
40
60
80
100
120
140
160
–20
0
20
40
60
80
100
120
10866-034
GAIN
PHASE
1.5
1.0
0.5
0
–0.5
–1.0
–1.5
100 1k 10k 100k 1M
OUTPUT SWING (V)
LOAD (Ω)
–40-°C
+25°C
+85°C
10866-035
10k
1k
100
10
0.1 1 10 100 1k 10k 100k
NOISE (nV/√Hz)
FREQUENCY (Hz)
10866-036
5μV/DIV
1s/DIV
10866-037
5μV/DIV
200ms/DIV
10866-038
AD8232
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基准电压缓冲器性能曲线
图39. 基准电压缓冲器负载调整率
图40. 基准电压缓冲器负载瞬态响应(100 A负载变化)
图41. 基准电压缓冲器输出阻抗与频率的关系
图42. 基准电压缓冲器偏置电流与温度的关系
20
–20
0.01 0.10 1 10
OUTPUT ERROR (mV)
LOAD CURRENT (mA)
10866-039
–15
–10
–5
0
5
10
15
SOURCE
SINK
20mV/DIV
10μs/DIV
10866-040
10,000.0
1,000.0
1.0
10.0
100.0
0.1
0.1 1 10 100 1k 10k 100k
OUTPUT IMPEDANCE (Ω)
FREQUENCY (Hz)
10866-041
1000
100
10
1
–40 100
INPUT BIAS CURRENT (pA)
TEMPERATURE (°C)
10866-042
–20 0 20 40 60 80
AD8232
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系统性能 曲线
图43. 电源电流与温度的关系
图44. 关断电流与温度的关系
240
100
–40 100
SUPPLY CURRENT (μA)
TEMPERATURE (°C)
10866-043
–20 0 20 40 60 80
120
140
160
180
200
220
VS = 2V
VS = 3V
VS = 3.5V
200
0
–40 100
SHUTDOWN CURRENT (nA)
TEMPERATURE (°C)
10866-044
–20 0 20 40 60 80
VS = 2V
VS = 3V
VS = 3.5V
20
40
60
80
100
120
140
160
180
AD8232
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工作原理
图45. 原理示意图
10kΩ
HPDRIVE HPSENSE IAOUT
GM1 GM2 S1
99R
R
+VS
0.7V
INSTRUMENTATION AMPLIFIER (IA)
+VS – 0.05V
0.05V
REFIN REFOUT
–IN
+IN FR
VCM
C1
LOD+
LOD–
+VS – 0.5V
SW OPAMP+ OPAMP–
OUT
RLD
RLDFB
GND
150kΩ
10kΩ
HPA
+VS
= REFOUT
CHARGE
PUMP
SYNCH
RECTIFIER
SWITCH
TIMING
A3
A2
A1
AC/DC
AC/DC
AC/DC
AC/DC
SDN
S1
S2
S2
19
2
3
4
5
18
6 7 9
10
1 20
15
14
13
11
12
17
16
8
*ALL SWITCHES SHOWN IN DC LEADS-OFF DETECTION POSITION AND FAST RESTORE DISABLED
10866-045
RFI
FILTER
架构概述
AD8232是一款集成前端，适用于对心脏生物电信号进行信
号调理来进行心率监护。它内置一个专用仪表放大器
(IA)、一个运算放大器(A1)、一个右腿驱动放大器(A2)和
一个中间电源电压基准电压缓冲器(A3)。此外，AD8232内
置导联脱落检测电路和一个自动快速恢复电路，该电路可
在导联重新连接后迅速恢复信号。
AD8232集成专用仪表放大器，可放大ECG信号，同时抑制
的电极半电池电位。这是通过间接电流反馈架构实现的，
与传统方案相比，该架构还能减小尺寸和降低功耗。
仪表放大器
图45所示的仪表放大器由两个匹配良好的跨导放大器
(GM1和GM2)、隔直放大器(HPA)和一个由C1和一个运算
放大器构成的积分器组成。跨导放大器GM1产生一个与其
输入电压成比例的电流。达到反馈要求时，跨导放大器
GM2的输入端上即会出现大小相等的电压，从而匹配GM1
产生的电流。这种差异会产生误差电流，该电流由电容C1
进行积分。所得到的电压出现在仪表放大器的输出端。
该放大器的反馈由GM2通过两个独立的路径施加：两个电
阻对输出信号进行分频，以设置100的总增益，而隔直放
大器则对与基准电平的任何偏差进行积分。因此，GM1输
入端上高达±300 mV的直流失调会以相同幅度但相位相反的
方式出现在GM2的输入端，始终不会导致目标信号出现
饱和。
为了增大仪表放大器的共模电压范围，一个电荷泵对两个
跨导放大器的电源电压进行升压。这样可以进一步防止该
放大器在有大共模信号的情况下(如线路干扰)出现饱和。
电荷泵采用内部振荡器工作，后者频率设置为500 kHz左右。
运算放大器
这款通用运算放大器(A1)是一种轨到轨器件，可用于提供
低通滤波和额外增益。下文将详细介绍并提供使用此运算
放大器的电路示例。
AD8232
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图46. 右腿驱动器电路的典型配置
图47 . 设置内置基准电压源
R1 R2
R1R2C1
tSETTLE REFERENCE +
_ =5×
图48. 快速恢复 电路
RLD
1nF
R*
*LIMIT CURRENT TO LESS THAN 10μA.
RLDFB
A2
REFOUT
TO DRIVEN
ELECTRODE
150kΩ
VCM
18 5
4
10866-146
REFIN
18 A3
R1
R2 C1
+VS
10866-046
SWITCH
TIMING
S1
S2
LOD+
LOD–
FR 15
IAOUT
0.05V
+IN
–IN
IA
2
3
+VS – 0.05V
10866-047
右腿驱动放大器
右腿驱动(RLD)放大器使仪表放大器输入端上的共模信号
反相。当右腿驱动输出电流注入对象时，它会抵消共模电
压变化，从而改善系统的共模抑制性能。
仪表放大器输入端上的共模信号从跨导放大器GM1获得。
然后，通过一个150 k电阻连接到A2的反相输入端。
可在RLD FB和RLD引脚之间连接一个电容来构建一个积分
器。从1 nF电容开始比较好，此时交越频率约为1 kHz(放大
器具有反相单位增益时的频率)。这种配置可以在50 Hz至
60 Hz的频率范围内产生约26 dB的开环增益来提供共模线
路抑制。电容值越大，交越频率就越小，因此可用于抑制
的增益就越小，进而会导致线路噪声增加。电容值越小，
则交越频率就越大，因此增益会越大。不利的一面是较
高的增益会导致系统不稳定，从而使右腿放大器的输出
饱和。
请注意，使用此放大器驱动电极时，应在输出端串联一个
电阻，将电流始终限制在10 uA以下，甚至故障条件下也应
如此。例如，假设电源为3.0 V，考虑到元件和电源的变化，
则该电阻应大于330 k。
在双电极配置中，可使用RLD通过10 M电阻偏置输入，
如“导联脱落检测”部分所述。若未使用RLD，则建议通过
直接连接RLDFB至RLD，将A2配置为跟随器。
基准电压缓冲器
AD8232采用单电源供电。为简化单电源应用的设计，
AD8232集成了一个基准电压缓冲器，以便在电源电压和系
统地之间建立一个“虚拟地”。仪表放大器输出端的信号以
此电压为参考。例如，若有零差分输入电压，则仪表放大
器输出端的电压等于该基准电压。
基准电压电平通过REFIN引脚设置，具体可使用一个分压
器，或者通过从电路中的一些其它位置(例如ADC基准电
压源)驱动REFIN引脚来设置。该电压通过REFOUT引脚输
出，供给滤波电路或用作ADC输入。
为了限制分压器的功耗，建议使用大电阻，如10 M。设计
人员必须牢记，电阻值较大会使干扰信号更易出现在基准
电压缓冲器的输入端上。 为了最大程度地减少噪声拾取，
建议使各电阻相互靠近并尽可能靠近REFIN引脚。此外，
应使用一个电容与分压器中较小的电阻并联，以提供额外
滤波，如图47所示。注意，采用大电容时，噪声滤波效果
较好，但上电后需要更长时间来建立基准电压。基准电压
源建立到1%以内所需的总时间可以用以下公式估算：
注意，通过关断引脚禁用AD8232不会使该电容放电。
快速恢复电路
由于ECG应用中高通滤波器采用低截止频率，信号建立时
间可能长达数秒。该建立时间对用户而言可导致阶跃响应
后出现令人沮丧的延迟， 例如第一次连接电极时。
该快速恢复功能在内部实现，如图48所示。仪表放大器的
输出端连接到窗口比较器。当其电压达到与任一供电轨相
差50 mV时，该窗口比较器便会检测到仪表放大器输出端
的饱和状态。
AD8232
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图49. 快速恢复开关的时序图(时间参考未按比例绘制)
图50. 直流导联脱落检测的电路配置
LEADS OFF LEADS ON
S1
S2
SATURATION DETECTED NO SATURATION
tS1
tS2
tRST
10866-048
RLD
10MΩ 10MΩ
TO DRIVEN
ELECTRODE
IA
2
3
5
+VS
10866-049
当两个输入电极都连接到对象时，如果出现这种饱和状
态，该比较器便会触发定时电路，后者会自动断开开关S1
和开关S2(时序图见图49)。
这两个开关(S1和S2)使能两个不同的10 k电阻路径：一个
在HPSENSE和IAOUT之间，另一个在SW和REFOUT之
间。在开关S1和开关S2使能期间，这些内部电阻与其对应
的外部电阻并联，从而构成高通滤波器。其结果是，较低
的等效电阻将电极切换到较高的频率，从而缩短建立时
间。注意，快速恢复的建立时间取决于AD8232的内部10 k电
阻能多快使高通电路中的电容放电完毕。电容值越小，建
立时间也越短。
如果时序结束时饱和状态仍然存在，周期会不断重复。否
则，AD8232回到正常工作状态。如果任一导联脱落比较器
输出表示某个电极已经断开连接，则会阻止触发定时电
路，因为它假定没有有效信号。要禁用快速恢复，应将FR
引脚驱动至低电平或将该引脚永久接GND。
导联脱落检测
AD8232带有导联脱落检测功能。其交流和直流检测模式分
别针对双电极和三电极配置进行了优化。
直流导联脱落检测
直流导联脱落检测模式仅适用于三电极配置。它的工作原
理是：检测何时任意仪表放大器输入电压与正供电轨相差
不到0.5 V。这种情况下，每个输入端必须通过一个上拉电
阻连接到正电源。正常工作期间，对象的电位必须处于仪
表放大器的共模范围内，这只有在将第三个电极连接到右
腿驱动放大器的输出端时才有可能。
在直流导联脱落模式中，AD8232独立检查每个输入，因此
可以指示出哪个电极断开。AD8232通过将相应的LOD-或
LOD+引脚设为高电平来指示断开的具体电极。若要使用
该模式，应将AC/DC引脚接地。
AD8232
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图51. 交流导联脱落检测的电路配置
REFOUT
10MΩ 10MΩ
IA
2
3
17
8
+VS
10866-050
交流导联脱落检测
仅使用两个电极时，交流导联脱落检测模式非常有用(无需
使用驱动电极)。这种情况下，两个电极之间必须存在传导
路径，该路径通常由两个电阻组成，如图51所示。
这两个电阻还为每个输入提供偏置反馈路径。 应将每个电
阻连接到REFOUT或RLD，以使输入保持在仪表放大器的
共模范围内。
AD8232通过强迫为输入端提供一个100 kHz的小电流来检测
电极何时断开。此电流通过外部电阻从IN+流入IN−并在输
入端产生一个差分电压，然后该电压经同步检测并与内部
阈值进行比较。这两个外部电阻的建议值为10 M。较低
的电阻值会使差分压降过低而无法检测，同时会降低放大
器的输入阻抗。当电极连接到对象时，该路径上的阻抗应
低于3 M，以便保持压降始终低于比较器阈值。
与直流导联脱落检测模式相反，AD8232只能确定有电极失
去连接，但无法确定具体电极。这种情况下，LOD+引脚
变为高电平。该模式中，LOD−引脚未使用并一直保持逻
辑低电平状态。若要使用交流导联脱落模式，应将AC/DC
引脚接正供电轨。
请注意，当REFOUT为恒定电压值时，使用RLD输出作为
输入偏置对于抑制共模干扰而言可能更有效。
待机操作
AD8232配有一个关断引脚(SDN)，在要求低功耗的便携式
应用中可以进一步提高灵活性和易用性。即使电源仍然开
启，也可以向该引脚施加一个逻辑电平信号来切换至关断
模式。
通过将SDN引脚驱动至低电平，可将AD8232置于关断模
式，此时功耗不到200 nA，能显著节省电能。若要进入正
常工作模式，应将SDN驱动至高电平；不使用该功能时，
应将SDN永久接+VS。
关断期间，AD8232无法维持REFOUT电压，但也不会汲取
REFIN电压，因此可以维持从电源到地的额外传导路径。
自关断状态出现时，高通滤波器上电容存储的电荷可使仪
表放大器及其后各级饱和。可使用快速恢复功能来帮助缩
短恢复时间，进而尽可能缩短功耗敏感型应用中的导通
时间。
输入保护
AD8232的所有引脚均提供ESD保护。此外，输入结构支持
直流过载条件：正电源以上的二极管压降和负电源以下的
二极管压降。电源的二极管压降以外的电压会导致ESD二
极管导通，使电流流过二极管。因此，对于电源电压以上
的电压，应当用一个与各输入端串联的外部电阻来限制电
流。无论何种情形，AD8232都能在室温下安全处理5 mA连
续电流。
对于AD8232会遇到极端过载电压的应用，如心脏除颤器
等，应当使用外部串联电阻和气体放电管(GDT)。霓虹灯
通常用作GDT的廉价替代产品。这些器件可以处理大电压
应用，但无法保持电压低于AD8232的绝对最大额定值。完
整的解决方案中会利用附加电阻和低泄露箝位二极管(如
BAV199或FJH1100)对任一供电轨进一步箝位。
作为安全措施，应在输入引脚和连接到对象的电极之间放
置一个电阻，确保电流永不超过10 A。该电阻值应等于
AD8232的电源电压除以10 A。
AD8232
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图52. 无外部电容的RFI滤波器
AD8232
CG
CG
IAOUT
+IN
–IN
10kΩ
10kΩ
10866-151
射频干扰(RFI)
在有大射频(RF)信号的应用中，一般都存在RF整流问题。
该问题表现为输出端上的直流失调电压。AD8232在每个输
入端具有15 pF栅极电容和10 k电阻。这在每个输入端上
构成一个低通滤波器，无需增加外部元件便可降低高频时
的整流(见图53)。
如需增强滤波功能，可与每个输入端并联一些附加电阻。
这些电阻必须尽可能靠近仪表放大器的输入端。这些电阻
还可用于提供过载和患者保护。
电源调整与旁路
AD8232设计为可直接采用3 V单电池供电，例如CR2032型
电池。它还可以采用锂离子充电电池供电，但设计人员必
须意识到，充电期间的电压可能会超过AD8232的绝对最大
额定值。为避免损坏该器件，应使用一个电源开关或一个
低功耗、低压差稳压器，例如ADP150。
此外，电源引脚上的噪声过高会降低器件性能。与所有线
性电路一样，必须使用旁路电容来对片式电容去耦。应在
电源引脚附近放置一个0.1 F电容。离该器件较远的位置可
以用一个1 F电容。大多数情况下，其它集成电路可以共享
该电容。注意，去耦电容过大会导致供电期间功耗增加。
折合到输入端的失调
由于仪表放大器的内部架构，它必须始终与隔直放大器一
同使用，见图45中的HPA。
正如“工作原理”部分所述，隔直放大器会对折合到仪表放
大器输入端的失调进行衰减。不过，只有隔直放大器用作
积分器时才会如此。这种配置中，来自隔直放大器的输入
失调占主导地位并会直接出现在仪表放大器的输出端。
如果隔直放大器用作跟随器，而不是作为积分器来发挥其
目标功能，那么仪表放大器折合到输入端的失调会被放大
100倍。
布局布线建议
必须遵循良好的布局布线做法，以优化系统性能。在低功
耗应用中，多数电阻均采用较大的值，以尽可能减少额外
功耗。使用高值电阻的挑战在于高阻抗节点更容易受到噪
声拾取和电路板寄生效应(如电容和表面泄露)的影响。高
阻抗节点之间的所有连接越短越好，以免引入额外噪声和
误差而破坏信号。
为了在整个频率范围内保持高CMRR性能，输入走线应保
持对称且长度匹配。应相对于每个输入端在相同位置放置
安全和输入偏置电阻。此外，使用接地层可以显著改善系
统的噪声抑制性能。
AD8232
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图53. 消除电极失调
图54. 单极点隔直电路的频率响应
图55. 双极点高通滤波器原理图
10kΩ
HPDRIVE HPSENSE IAOUT
GM1 GM2 S1
99R
R
IN+
IN– VCM
HPA
ELECTRODE
OFFSETS
C R
= REFOUT
19
3
1 20
2
C1
10866-253
50
40
10
20
30
0
0.01 0.1 1 10 100
MAGNITUDE (dB)
FREQUENCY (Hz)
10866-153
20dB PER
DECADE
10kΩ
HPDRIVE HPSENSE IAOUT
+IN S1
–IN
HPA
SW
10kΩ
S2
6
REFOUT 8
TO NEXT
STAGE
= REFOUT
19
3
1 20
2
C1 R1 C2
R2
10866-053
应用信息
消除电极失调
AD8232中的仪表放大器设计用于施加增益并同时滤除近直
流信号。这使得它能够将微小ECG信号放大100倍，同时
抑制高达±300 mV的电极失调。
为实现失调抑制，应在仪表放大器的输出端、HPSENSE和
HPDRIVE之间连接一个RC网络，如图53所示。
该RC网络构成一个积分器，用于将任何近直流信号反馈给
仪表放大器，从而消除失调，而又不会造成任何节点出现
饱和，并同时保持高信号增益。
除阻止仪表放大器输入端上的失调以外，该积分器还用作
高通滤波器，用于将基线漂移等慢速变化信号的影响降至
最低。该滤波器的截止频率计算公式如下：
其中，R的单位为欧姆，C的单位为法拉。
注意，滤波器截止频率比通常预计的单极点滤波器要高
100倍。由于仪表放大器的反馈架构，因此需使用仪表放
大器的100增益对典型的滤波器截止频率公式进行修改。
就与任何具有低截止频率的高通滤波器一样，直流失调上
的任何快速变化都需要很长时间来建立。如果此类变化造
成仪表放大器输出端出现饱和，S1开关会短暂使能10 k电
阻路劲，从而使截止频率变为：
当R值大于100 k时，公式1中的表达式可以近似表示为：
较高的截止频率会缩短建立时间，从而使ECG信号得以更
快地恢复。有关更多信息，请参见“快速恢复电路”部分。
高通滤波
AD8232可以采用更高阶的高通滤波器。滤波器阶数越高，
伪像抑制性能就越好，但代价是更严重的信号失真，并且
印刷电路板(PCB)上也需要更多的无源器件。
双极点高通滤波器
可通过在仪表放大器的输出端添加简单的交流耦合RC来实
施双极点架构，如图55所示。
注意，C2的右侧连接到SW引脚。就与S1一样，S2通过将
10 k电阻与R2并联，可以缩短该交流耦合网络的恢复时间。
有关开关时序和触发条件的更多详细信息，请参见“快速
恢复电路”部分。
注意，若该无源网络未缓冲，则在之后的低通滤波器输入
端将表现出较高的输出阻抗，如Sallen Key滤波器拓扑结构。
仔细选择器件可在无缓冲器的情况下产生良好结果。有关
元件选型的更多信息，请参见“低通滤波和增益”部分。
(1)
AD8232
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图56. 可选双极点高通滤波器原理图
R1 = R2  100 k
C1 = C2
RCOMP = 0.14 × R1
图57. 三极点高通滤波器原理图
图58. 图56和图57所示电路的频率响应
表4. 高通滤波器选项比较
滤波器阶数元件数量低频抑制电容尺寸/数值信号失真1 输出阻抗2
图53 1 2 良好大低低
图55 2 4 较好大中较高
图56 2 5 较好较小中低
图57 3 7 最佳较小最高较高
10kΩ
HPDRIVE HPSENSE IAOUT
+IN S1
–IN
HPA
SW
10kΩ
S2
6
REFOUT 8
TO NEXT
STAGE
= REFOUT
19
3
1 20
2
C1 R1 R2
RCOMP
C2
10866-155
10kΩ
HPDRIVE HPSENSE IAOUT
+IN S1
–IN
HPA
SW
10kΩ
S2
6
REFOUT 8
TO NEXT
STAGE
= REFOUT
19
3
1 20
2
C1 R1 R2 C3
RCOMP
C2 R3
10866-156
60
40
20
0
–20
–40
–60
0.01 0.1 1 10 100
MAGNITUDE (dB) FREQUENCY (
Hz)
10866-157
THREE-POLE FILTER
TWO-POLE FILTER
40dB PER
DECADE
40dB PER
DECADE
20dB PER
DECADE
60dB PER
DECADE
其它高通滤波选项
除前文所述的拓扑结构之外，还可向隔直电路中添加额外
的节点，以进一步抑制低频信号。这种配置如图56所示。
该电路拓扑结构的另一个好处是，它允许利用较小的R和C
值来提供较小的截止频率，并且可使用电阻RCOMP来控制滤
波器的Q，从而实现窄带带通滤波(针对心率监测)或最大
带通平坦度(针对心脏监护)。
在这种拓扑结构中，滤波器衰减在极低频率下会变回单极
点滚降。由于初始滚降为40 dB/十倍频程，因此变回20 dB/
十倍频程对滤波器的带外低频信号抑制性能影响不大。
设计人员可以选择不同的值来实现所需的滤波器性能。为
简化设计过程，选择元件值时可将以下建议作为起点。
截止频率计算公式如下：
当RCOMP的值是其它两个电阻值的0.14倍时，滤波器具有最
平坦的带通。该电阻值越小，Q就越大，进而滤波器的峰
值也就越大。注意，RCOMP值极低可能会导致电路不稳定。
根据上述标准选择各个值时，所得传递函数与图58所示
类似。
需要进一步提高低频抑制性能时，可在仪表放大器的输出
端添加一个交流耦合网络来实施一个高阶高通滤波器，如
图57所示。使用快速恢复功能时，为获得最佳建立时间响
应，SW引脚应连接到交流耦合网络。
为优化滤波器特性，建议在实际操作中仔细分析和调整所
有元件值。一个有用的提示是，可减小RCOMP的值来提供有
源滤波器的峰值，从而克服交流耦合网络引入的额外滚
降。适当调整可产生最佳的带通平坦度。
高通滤波器的设计包括在信号失真、元件数量、低频抑制
和元件尺寸之间进行权衡考虑。例如，单极点高通滤波器
的信号失真程度最低，但其低频伪像抑制也是最差的。表
4比较了推荐的滤波器选项。
1 针对等效转折频率位置。
2 输出阻抗指低通滤波器之前的高通滤波器的驱动能力。为了选择低通滤波器时具有一定的灵活性，要求具有低输出阻抗，如“低通滤波和增益”部分所述。
AD8232
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图59. 单极点低通滤波器和额外增益原理图
图60. 双极点低通滤波器原理图
图61. 驱动ADC
REFOUT
FILTERED
SIGNAL
A1
FROM IN-AMP
STAGE
C
R
10866-158
REFOUT
FILTERED
SIGNAL
A1
FROM IN-AMP
STAGE
C2
C1
R2
R3
R4
10866-159
R1
A1
C
R
10 ADC
AD8232
10866-261
低通滤波和增益
AD8232集成了一个非专用运算放大器，可用于提供额外增
益和滤波。对于不需要高阶滤波器的应用，一个简单的RC
低通滤波器应该就足够了，运算放大器则可缓冲或进一步
放大信号。
对于需要较陡滚降或较锐截止频率的应用， 可采用
Sallen-Key滤波器拓扑结构，如图60所示。
以下公式分别描述低通截止频率、增益和Q：
注意，更改增益会影响Q，反之亦然。Q的常见值为0.5(用
于避免峰值)或0.7(用于实现最大平坦度和锐化截止频率)。
在窄带应用中可以使用较大的Q值，以增加带通滤波器的
峰值和选择性。
常见设计程序是设置R1 = R2 = R和C1 = C2 = C，因此截止
频率和Q的表达式可简化为：
注意，可利用R3和R4设置增益来控制Q；不过，这会将增
益限制在3以内。当增益值等于或大于3时，电路会变得不
稳定。要允许较高的增益，一种简单的修改方法是使C2的
值至少比C1大四倍。
必须注意，只有前一级的输出阻抗远小于Sallen-Key滤波器
的输入阻抗时，上述设计公式才成立。当仪表放大器的输
出端和低通滤波器的输入端之间连接一个交流耦合网络且
未使用缓冲器时，则情况并非如此。
要在没有缓冲器的情况下正确连接这两个滤波级，R1的值
应至少比交流耦合网络的电阻(图55中标为R2)大十倍。
驱动模数转换器
AD8232具备驱动容性负载的能力，是无需额外缓冲器即驱
动ADC的理想选择。然而，取决于不同的ADC输入架构，
可能需要使用一个简单的低通RC网络对来自开关电容的瞬
态输入(常见于现代ADC中)去耦。该RC网络还可用作额外
的滤波器，帮助降低噪声和混叠。选择适当的R和C数值
时，应遵循ADC数据手册中推荐的指南。
驱动电极
驱动导联(或参考电极)通常用于将电源线及其它干扰源引
入的共模电压影响降至最低。AD8232从仪表放大器的输入
端提取共模电压，然后通过RLD放大器提供，以驱动相反
信号进入患者体内。该功能使患者和AD8232之间的电压几
乎保持恒定，从而极大地改善共模抑制性能。
作为安全措施，应在RLD引脚和连接到对象的电极之间放
置一个电阻，确保电流永不超过10 A。 该电阻值应等于
AD8232的电源电压除以10 A。
AD8232利用一个积分器来驱动该电极，该积分器由一个内
部150 k电阻和一个外部电容组成。选择积分器电容时应
在线路抑制能力和稳定性之间进行权衡。电容应足够小，
以在50 Hz和60 Hz附近维持尽可能多的环路增益，这两个
频率是典型的线路频率。对于稳定性，积分器的增益应当
小于环路中任何其它极点的单位频率，例如那些由患者自
身电容和安全电阻组成的环路。该建议的应用电路采用一
个1 nF的电容，线路频率的环路增益约为20，交越频率约为
1 kHz。
在双导联配置中，RLD放大器可用来驱动输入端的偏置电
流电阻。虽然不如真正的驱动电极有效，但是如果检测电
极阻抗较小且匹配良好，这种配置可以在一定程度上改善
共模抑制性能。
fC = 1/(2(R1 C1 R2 C2))
增益 = 1 + R3/R4
AD8232
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图62. 用于心脏附近心率测量的电路
图63. 心脏附近心率测量电路的频率响应
图64. 用于双手处心率测量的电路
图65. 双手处心率测量电路的频率响应
10866-161
+VS
+VS
+IN
–IN
HPDRIVE
+VS
HPSENSE
IAOUT
REFIN
GND
FR
AC/DC
SDN
LO+
LO–
RLD
RLDFB
OUT
OPAMP+
OPAMP–
REFOUT
SW
AD8232
180kΩ
180kΩ
10MΩ
10MΩ 0.1μF
10MΩ
1nF
10MΩ
ELECTRODE
INTERFACE
0.1μF
0.22μF
TO DIGITAL
INTERFACE
SIGNAL
OUTPUT
10MΩ
70
0
0.1 10k
MAGNITUDE (dB)
FREQUENCY (Hz)
10866-057
10
20
30
40
50
60
1 10 100 1k
10866-262
RL
RA
LA
+VS
+VS
+VS
+IN
–IN
HPDRIVE
+VS
HPSENSE
IAOUT
REFIN
GND
FR
AC/DC
SDN
LO+
LO–
RLD
RLDFB
OUT
OPAMP+
OPAMP–
REFOUT
SW
AD8232
22nF
1MΩ
1MΩ
100kΩ
3.3nF
100kΩ
180kΩ
180kΩ
1MΩ
10MΩ
10MΩ 0.1μF
10MΩ
1nF
10MΩ
10MΩ
360kΩ 0.1μF
0.22μF
TO DIGITAL
INTERFACE
SIGNAL OUTPUT
0.22μF
70
0
0.1 1k
MAGNITUDE (dB)
FREQUENCY (Hz)
10866-059
10
20
30
40
50
60
1 10 100
应用电路
心脏附近心率测量
对于可穿戴式运动器械，AD8232通常置于心脏附近的容器
中。两个检测电极置于胸肌下面；无需使用驱动电极。由
于从心脏到AD8232的距离很短，因此心脏信号很强并且肌
肉伪像干扰较小。
在这种配置中，空间是首要考虑因素。通过尽量减少外部
元件，图62中的电路针对尺寸进行了优化。
从AD8232到心脏的距离越短，该应用越不容易受共模干扰
影响。 然而，由于未用于驱动电极，因此RLD可用来保持
10 M偏置电阻两端的中间量程电压，从而改善共模抑制
性能。
单极点高通滤波器设为7 Hz，无低通滤波器。输出运算放大
器上没有增益，因而可减少实现100总系统增益所需的电
阻数。
这种配置中的输入引脚利用两个180 k电阻来保护用户不
受故障条件影响。两个10 M电阻提供输入偏置。对于具
有高输出阻抗的电极(例如布电极)，应使用较大的值。
原理图还显示了两个10 M电阻，用于设置中间基准电压。
若已有基准电压，可将其驱动至REFIN输入端，以去除这
两个10 M电阻。
运动应用： 在双手处测量心率
本应用中利用不锈钢电极在双手处测量心率信号。用户手
臂和上身运动会产生较大的运动伪像，并且长引线使得系
统非常容易受到共模干扰影响。需要具有极窄的带通特
性，以便将心脏信号与干扰信号区分开来。
图64所示电路采用一个设为7 Hz的双极点高通滤波器。该
高通滤波器后接一个设为24 Hz的双极点低通滤波器，以消
除任何其它伪像和线路噪声。
AD8232
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图66. ECG波形监控电路
图67. 心脏监护仪电路的频率响应
RL
RA
LA
+VS
+VS
+VS
+IN
–IN
HPDRIVE
+VS
HPSENSE
IAOUT
REFIN
GND
FR
AC/DC
SDN
LO+
LO–
RLD
RLDFB
OUT
OPAMP+
OPAMP–
REFOUT
SW
AD8232
10nF
1MΩ
1MΩ
100kΩ
1.5nF
180kΩ
180kΩ
1MΩ
10MΩ
10MΩ 0.1μF
1nF
10MΩ
10MΩ
360kΩ 0.1μF
0.33μF
0.33μF
REFOUT
10MΩ 1.4MΩ
TO DIGITAL
INTERFACE
SIGNAL OUTPUT
10866-266
10MΩ
70
0
0.01 1k
MAGNITUDE (dB)
FREQUENCY (Hz)
10866-061
10
20
30
40
50
60
0.1 1 10 100
该滤波器组合的整体窄带特性会使ECG波形显著失真。因
此，仅适用于确定心率，而不适合用于分析ECG信号特性。
低通滤波器级还包含大小为11的增益，使得系统总增益接
近1100(注意，滤波器滚降使最大增益无法达到该值)。由
于ECG信号是在双手处测量，因此其强度弱于在心脏附近
测量。
RLD电路用于驱动第三个电极，该电极也可位于双手处，
以消除共模干扰。
心脏监护仪配置
此配置设计用于监控ECG波形。此处假定测量期间患者相
对静止不动，因此运动伪像不算什么问题。
为了获得失真最小的ECG波形，AD8232配置为使用一个
0.5 Hz双极点高通滤波器，后接一个双极点、40 Hz、低通
滤波器。为实现最佳共模抑制性能，需要驱动第三个电极。
除40 Hz滤波功能以外，运算放大器级的增益还配置为11，
因此系统总增益为1100。为优化系统的动态范围，增益电
平可供调节，具体取决于输入信号幅度(可能因电极位置而
异)和ADC输入范围。
带运动伪像消除功能的便携式心脏监护仪
图68中的电路所示为一种电池供电型嵌入式系统实现方
案，用于在患者会适当运动的应用中监控心率，例如动态
心电监护仪。AD8232采用三电极患者接口，并内置一个截
止频率为0.3 Hz的双极点高通滤波器和一个截止频率为37 Hz
的双极点低通滤波器。 通带内的总信号增益为400。经过
完全调理的信号由低功耗微控制器ADuCM360上集成的
-型ADC采样。该ADC的宽动态范围提供了灵活性，使
得可以减少信号增益来避免饱和，具体取决于电极位置。
由于该通带对于便携式应用而言相对较宽，因此ADXL346
加速度计信号可用于进一步将患者运动引入的噪声降至最
低。此外，微控制器可利用运动信息来监控非运动状态和
发出系统关断指令，从而节省电池电量。
低压差稳压器确保不会超过最大值3 V，尤其是电池充电期
间，例如锂离子电池。
在该应用中，ADuCM360利用其端口0来执行DMA传输至
主机通信接口，或者如果记录波形供随后传输，则传输至
片上存储器。然而，在任意具体应用中，该端口应该用于
最繁忙的接口，以尽量减少CPU周期并保持低功耗。
注意，本电路用于证明AD8232及其它系统元件的能力。它
并不是完整的系统设计，为了确保符合监管机构的医疗安
全准则，还必须进行其它设计工作。
AD8232
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图68. 低功耗便携式心脏监护仪
AD8232
10866-163
RA
LA
RL
+VS
+VS
+VS
HPSENSE
IAOUT
REFIN
GND
FR
AC/DC
SDN
LO+
LO–
+IN
–IN
HPDRIVE
RLD
RLDFB
OUT
OPAMP+
OPAMP–
REFOUT
SW
AD8232
6.8nF
1MΩ
1MΩ
332kΩ
2.7nF
100kΩ
180kΩ
180kΩ
1MΩ
10MΩ
10MΩ 0.1μF
10MΩ
1nF
10MΩ
10MΩ
360kΩ 0.1μF
4.7μF
4.7μF
+VS
1μF
1μF
+VS
4.7μF
0.47μF 0.47μF
1μF VBATT
+VS
ADXL346
VS
VDDIO
GND
TO HOST,
MEMORY
OR
DISPLAY
+VS = +2.8V
TX
CLK
RX
CS
ELECTRODE
INTERFACE
P1.SCLK0
P1.4/MISO0
P1.6/MOSI0
P0.1/SCLK1
P0.2/MOSI1
P0.0/MISO1
P0.3/CS1
P0.6/IRQ2
P1.7/CS0
REG_DVDD
AVDD_REG
ADuCM360
ADP150x-2.8
GND
VOUT VIN
SCL/SCLK
INT2
SDA/SDI/SDIO
SDO/ALT_ADD
CS
AIN0
AIN1
P1.1
P1.0
P1.2
VREF+
VREF–
IOVDD
GND
AVDD
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封装和订购信息
外形尺寸
图69. 20引脚引线框芯片级封装[LFCSP_WQ]
4 mm x 4 mm，超薄体
(CP-20-10)
尺寸单位：mm
订购指南
型号1 温度范围 封装描述 封装选项
AD8232ACPZ-R7 −40°C至+85°C 20引脚引线框芯片级封装[LFCSP_WQ] CP-20-10
AD8232ACPZ-RL −40°C至+85°C 20引脚引线框芯片级封装[LFCSP_WQ] CP-20-10
AD8232ACPZ-WP −40°C至+85°C 20引脚引线框芯片级封装[LFCSP_WQ] CP-20-10
AD8232-EVALZ 评估板
1 Z = 符合RoHS标准的器件 。
0.50
BSC
0.50
0.40
0.30
0.30
0.25
0.20
COMPLIANT TOJEDEC STANDARDS MO-220-WGGD.
061609-B
TOP VIEW BOTTOMVIEW
EXPOSED
PAD
PIN 1
INDICATOR
4.10
4.00 SQ
3.90
SEATING
PLANE
0.80
0.75
0.70 0.05 MAX
0.02 NOM
0.20 REF
0.25 MIN
COPLANARITY
0.08
PIN 1
INDICATOR
2.65
2.50 SQ
2.35
FOR PROPER CONNECTION OF
THE EXPOSED PAD, REFER TO
THE PIN CONFIGURATION AND
FUNCTION DESCRIPTIONS
SECTION OF THIS DATA SHEET.
1
20
10 6
11
15
16
5
AD8232
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注释
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D10866sc-0-2/13(A)
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AD8232