SEMPRA - ADS1299 - Medição de Potenciais Biológicos

12Dez

ADS1299 - Medição de Potenciais Biológicos

O ADS1299 é um ASIC (Circuito integrado de aplicação específica). ASIC são componentes vastamente utilizados no mercado de hoje. Eles estão presentes na área de instrumentação medicinal, nas áreas de processamento de áudio e vídeo, rádio frequência e várias outras. Um programa interessante é o Smart Energy, da Atmel. Ele possui diversos ASICs desenvolvidos para controle de energia. Como medidores de energia e potencia elétrica,  fluxo de gases e água e outros mais. Todos com protocolos de comunicação embutidos.

Algumas características muito presentes nos ASICs são a coleta, o tratamento e a digitalização do sinal. Isso disponibiliza um sinal pronto para ser processado. Protocolos de comunicação embutidos e em alguns casos até microcontroladores internos.

Como o dispositivo foi desenvolvido para a aquisição de sinais gerados pelo corpo (Biosinais). O  ADS1299 é capaz de receber esse sinal analógico, amplifica-lo, digitaliza-lo, filtra-lo e o enviar para um microcontrolador.

         Ele possui 8 canais de amostragem simultânea. Isso significa que os dados de cada canal são recebidos ao mesmo tempo pelo microcontrolador. O seu consumo de energia é de aproximadamente 5mW por canal. Ele é um dispositivo de baixo ruído, característica extremamente importante para a manipulação de biosinais. A sua faixa de temperatura de operação é de -40°C a +85°C e um sensor de temperatura interno pode ser usado para medições. Sua comunicação é feita pelo protocolo de SPI. Ele possui modos de operação de power-down e standby. Tem um oscilador interno, sua alimentação digital deve ser de 1,8 a 3,3 volts e a analógica deve ser de 4,75 a 5,25 volts. Sua taxa de amostragem pode ser configurada com valores de 250SPS  a 16KSPS (Amostras por segundo).

      Este dispositivo possui todas as características necessárias para se desenvolver produtos que utilizam biosinais. Conversores A/D, sigma-delta, de 24Bits. Este tipo de conversor tem características de baixa taxa de amostragem e alta resolução. Amplificadores de ganho programável, com valores que variam de 1 a 24. Corrente de Bias que é necessária para evitar ruídos na captação do sinal, gerados por interferências exteriores como a frequência da rede elétrica (60Hz). O circuito necessário para a geração do sinal de bias é interno ao ADS1299. Sinais de teste podem ser gerados internamente. E um modulo de Lead-Off Detection é presente para verificação do posicionamento dos eletrodos.

             Como visto na imagem abaixo o ADS1299 possui 64 pinos. 16 deles são as entradas dos canais. Cada canal é diferencial, ou seja um canal precisa de dois pinos para executar sua medição. Os outros pinos são usados para alimentação , filtragem comunicação e ligação com outros dispositivos. Além de 4 pinos I/O de uso geral.

A imagem mostra os pinos e seus respectivos nomes no ADS1299

          O diagrama de blocos pode ser visto na imagem abaixo. Nele é possível ver todas as 16 entradas dos 8 canais direcionadas para um multiplexador. O multiplexador esta conectado com o sensor de temperatura, o sinal de bias, os sinais de teste, os sinais de excitação de lead-off e outros. Cada um dos canais esta conectado a um amplificador individual, o que permite que o ganho de cada canal seja amplificado em um taxa própria. Eles também possuem um conversor A/D individual e é isso que possibilita a amostragem ser simultânea. Por fim temos a parte de controle onde estão presentes os 4 pinos de uso geral o oscilador, a interface de comunicação SPI e o circuito para gerar o sinal de bias.A imagem mostra o diagrama de blocos do ADS1299

       A alimentação pode ser unipolar ou bipolar. O esquema elétrico é sugerido no datasheet e pode ser visto nas imagens abaixo.

A imagem mostra o esquema elétrico unipolar sugerido pelo datasheet do ADS1299A imagem mostra o esquema elétrico de alimentação bipolar sugerido pelo datasheet do ADS1299

Uma das características mais interessante do ADS1299 é o modo daisy-chain. Com ele é possível conectar diversos dispositivos em cascata aumentando o número de canais disponíveis. O mais marcante desse modo é que ele elimina a necessidade de que o microcontrolador se comunique com todos os aparelhos. Ao se fazer a montagem vista na figura abaixo é possível que o microcontrolador faça a comunicação com somente o primeiro dispositivo da cascata e receba o dados de todos os outros dispositivos.

A imagem exemplifica o esquema elétrico de ligação em cascata de dois ADS1299 ligados a um microcontnoloador

 

http://www.ti.com/product/ads1299

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