Analog-Front-End für EKG-Geräte »ADAS1000« von Analog Devices erkennt auch Herzschrittmacher

Bis zu 50 diskrete Komponenten kann der »ADAS1000« einsparen.
Bis zu 50 diskrete Komponenten kann der »ADAS1000« einsparen.

Mit der analogen Eingangsstufe »ADAS1000« von Analog Devices lassen sich nicht nur bis zu fünf Elektroden eines EKGs abgreifen, sondern auch Herzschrittmacher automatisch erkennen sowie die Atmung kontinuierlich messen.

Als erstes Produkt einer Serie komplett integrierter AFE-Chips (Analog Front-End) für EKG-Systeme hat Analog Devices den »ADAS1000« vorgestellt. Er soll die Zahl der für die Signalkette erforderlichen Bauteile von derzeit bis zu 50 Komponenten auf einen einzigen Chip plus wenige diskrete Funktionen reduziert. Konfigurieren lässt sich der ADAS1000 für ein optimiertes Rauschverhalten, einen möglichst geringen Stromverbrauch oder für eine hohe Datenrate. Damit eignet sich das Bauteil zur Entwicklung von EKG-Systemen sowohl für Privathaushalte als auch Ambulanzen oder Kliniken. Defibrillatoren lassen sich ebenso mit dem AFE ausstatten.

Die Leistungsaufnahme beträgt bei einer Messung mit fünf EKG-Elektroden mit 19 mW (typisch). Ungenutzte Kanäle oder Leistungsmerkmale lassen sich abschalten, um die Leistungsaufnahme auf 11 mW pro Kanal weiter zu reduzieren. Um ein komplettes EKG-System mit zwölf Ableitungen zu implementieren sind somit zwei dieser Bausteine nötig. Sogar Katheter für das so genannte »Heart Mapping« mit 128 Elektroden sind durch Kaskadierung mehrerer Chips realisierbar.

Das Rauschen beim ADAS1000 liegt bei 10 µV (Spitze-Spitze) im Frequenzbereich von 0,05 Hz bis 150 Hz, um behördliche Vorschriften für Endgeräte zu erfüllen. Man kann verschiedene Daten-Frame-Raten wählen (2 kHz, 16 kHz und 128 kHz), um auch dadurch die Leistungsaufnahme zu optimieren. Diese Daten schiebt der Baustein über eine SPI-Schnittstelle raus, damit beispielsweise ein Host-Mikrocontroller diese im Speicher ablegt oder ein DSP sie weiterbearbeiten kann.

Der so genannte »Right Leg Drive« lässt sich über interne Schalter auf jeden beliebigen Kanal schalten – auch automatisch während der Aufzeichnung. Dies ist gerade dann wichtig, wenn diese Elektrode keinen guten Kontakt mehr hat oder gar abfällt (lead off detection).

Gerade die Atmungsmessung stellt hohe Anforderungen an die Präzision. So muss der Chip Widerstandsänderungen von etwa 20 mΩ bei einem Widerstand von 500 Ω messen. Dafür koppelt der ADAS1000 einen Wechselstrom von 50 µA bis 70 µA bei Frequenzen von 50 kHz bis 56 kHz ein.

Ein Evaluation-Board für den ADAS1000 mit dem gesamten Funktionsumfang ist verfügbar. Es enthält die analoge Eingangsstufe, Stromversorgungen sowie Steuer- und Schnittstellenoptionen zur Vereinfachung der Entwicklung und Herstellung. Außerdem ermöglicht das Evaluation-Board die Konfiguration von bis zu zwei AFE-Chips (von fünf bis zwölf Anschlüsse) für die Implementierung. Produktionsstückzahlen sollen ab Sommer 2011 zu einem Stückpreis von etwa 28 US-Dollar (Abnahmemenge: 1000 Stück) zur Verfügung stehen.