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。
表1. 具有不同增益和带宽配置的直流耦合IA
图3. 具有可调增益和带宽的直流耦合IA。
如果直流精度依然很重要,则保留I A增益为100,并按照图4修改电路,以补偿I A及任何附加传感器的失调。调节后的传递函数如下:
VTUNE是用来校正失调电压的源电压,可由微控制器发出的PWM滤波信号提供或由低功耗DAC直接驱动。HPA仍配置为一个增益为–R2/R1的反相放大器,可用于进一步调节失调校正范围和分辨率。对VIN进行分解,然后带入上式中,可得目标传递函数:
总体失调可通过添加未施加VSIGNAL的传感器进行补偿。仅需相对于基准源测量IAOUT,并调节(R2/R1) VTUNE直到该电压足够接近于零。
图4. 提供失调补偿的直流耦合IA。
将上述电路配置用于低功耗物联网设计之前,还应了解 AD8233 ECG前端解决方案的其他部分。详细电路如图5所示。第一个运算放大器A1并非专用,通常用于提供I A级后的附加增益和/或滤波功能。对于其他传感器应用也同样有益。放大器A2通常用作ECG解决方案中的右腿驱动。I A输入共模的缓冲形式出现在A2负输入端,此时:
通常会将此放大器配置成一个积分器,在RLDFB与RLD之间放置一个电容,通过RLD驱动第三电极改善整体系统的共模抑制比(CMRR)。除非此放大器可以构成有用的电路,否则最好是将RLDSDN数字输入接地,同时保持RLD和RLDFB引脚浮空,从而降低放大器的功耗。
图5:完整ECG和低功耗信号调理前端。
第三个运算放大器A3是一个集成式基准电压源缓冲器,可同时驱动片内和片外REFOUT处的基准电压。REFIN通常设为+Vs/2,其中单电源+Vs的范围是1.7V至3.5V。可采用一种简易的低功耗解决方案,接入两个10 MΩ电阻作为+Vs至地的分压器,如图6所示。在REFIN和GND之间添加一个电容以协助任何噪声拾取。REFIN也可以由ADC基准源驱动或用于IA输出的电平转换。