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当系统设计师寻找高能效的信号调理器件时，他们可能会发现，市面上能够在100 uA电源电流下工作的IC很少，而其中具有小型封装的器件就更是屈指可数了。对于日益增多的无线传感器网络(WSN)，电池寿命和电路板空间逐渐成为关键性规范，因此缺少可供使用的选项也许会令人沮丧。在搜索低功耗边缘节点物联网器件的过程中，某些模拟前端IC（比如可穿戴产品的心率监测器）可能根本不会出现，或因其针对特定应用而不予考虑。然而有一款ADI ECG前端IC，它可以工作于50 uA电源电流下并具有小巧的2 mm × 1.7 mm WLCSP封装，这款器件值得您在设计物联网节点应用时稍加考虑。如果更深入地研究，人们会发现其灵活架构实质上是一个仪表放大器(IA)和几个运算放大器，可通过配置形成一些实用的超低功耗信号处理电路，其适用范围不仅仅限于医疗或保健应用。

简化的单导联心电图(ECG)前端如图1所示。它包括一个间接电流模式IA，具有独立的传递函数：

在此前端示例中，固定增益为100。IA的基准源由高通放大器(HPA)驱动，该放大器配置为反馈网络中的积分器，其输入连接到IAOUT，通过外部电容和电阻设置截止频率。HPA将迫使HPDRIVE达到任何所需电压以保持HPSENSE以及IAOUT处于基准电压。该电路形成一个一阶高通滤波器：

对于诊断级ECG，截止频率通常设为0.05 Hz，而对于仅检测心率的保健应用，设为7 Hz可能比较合适。高通滤波器函数能够解如何在放大高频ECG信号（1 mV至2 mV）的同时抑制大直流半电池电位（因电极/皮肤接触而导致）以及与ECG测量相关的低频基线漂移的问题。由于直流半电池电位（高达300 mV）抑制发生在IA的输入端，因此这种架构能够获得很大的增益。另一个益处就是可以抑制IA的失调和失调漂移。监测关于基准电压HPDRIVE将显示自动校正输入失调的反相形式。

图1. 简化的单导联ECG前端。

虽然此设计的初衷是针对ECG应用，但实际上任何需要放大低频小信号（I A带宽<1 kHz）的应用都可受益于其低功耗和小尺寸。如果要进行直流测量，则仅需对此电路进行简单修改。图2显示固定增益为100的直流耦合I A。就是将图1中的R和C去掉，并将HPSENSE短接到HPDRIVEA，从而使HPA成为一个单位增益缓冲器。这种方式也会迫使I A基准保持基准电压。在此情况下应考虑到I A的失调电压。

图2. 固定增益为100的直流耦合IA。

如果增益为100太高，或带宽为1 kHz太低，则可按照图3所示修改此电路。这时HPA配置为一个反相放大器，增益为–R2/R1，其输入为IAOUT的反馈。新的传递函数可简化如下：

将HPA配置为衰减器（R2 < R1）可实现低于100的增益。由于差分输入的限值为300 mV，为确保电路的稳定性，建议增益不应低于10。下表中列出了一些可供考虑的增益配置。...........

关键词： ECG 前端IC IOT ADI 世健 物联网