Elektronik für medizinische Wearables
Vom Front-End bis zum Mikrocontroller
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Mikrocontroller und Front-Ends
Renesas Electronics stellt eine neue Mikrocontroller-Produktfamilie für medizinische Anwendungen vor. Die 16 bit RL78/L1A Mikrocontroller (Bild 2) mit integrierter Biosensor-Eingangsstufe eignen sich für batteriebetriebene Sensoreinheiten für den Gesundheitsbereich, wie Blutzucker-, Laktat- und Cholesterinmessgeräte und andere, mit biochemischen Sensoren arbeitende Überwachungsgeräte. Dank eines integrierten Analog-Frontends für biochemische Sensorik ermöglicht der RL78/L1A Blutzucker- und Hämoglobinmessungen.
Die RL78/L1A MCU-Gruppe enthält Analogschalter, die es bisher kaum in analogen MCU-Frontends gab. Durch die Kombination von Schaltern mit einem eingebauten A/D-Wandler kann man die Messschaltung einschließlich externer Schaltkreise per Software umschalten, wenn ein anderes Messobjekt erfasst werden soll. So ist beispielsweise in Blutzuckermessgeräten die Messgenauigkeit bei Unterschieden der Blutkomponenten ein Problem. Flexible Methoden wie alternierende Messungen zwischen Komponenten wie etwa Hämoglobin- und Blutzuckerwerten könnten diese Herausforderung lösen.
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Analog Devices hat kürzlich ein Analog Front End (AFE) zur Bestimmung von Biopotenzialen vorgestellt. Mit dem AD8322 (Bild 3) sollen sich kleinere, leichtere und unauffälligere Herzüberwachungs-Geräte mit längerer Batterielebensdauer realisieren lassen. Das AFE ist ein vollständig integriertes EKG-Front-End für eine Ableitung. Mit Abmessungen von 2,0 x 1,7 mm² kann das Front End bequem in kleine, leichte Geräte implementiert werden, die die tägliche Lebensführung von Patienten nicht oder nur wenig beeinträchtigen.
Bei einer Versorgungsspannung zwischen 1,7 V und 3,5 V liegt die Ruhestromaufnahme typischerweise bei 50 µA. Der Status der Ableitung (an- oder abgeklemmt) wird auch im Shutdown-Modus mit weniger als 1 µA Ruhestromaufnahme erkannt. Durch diese niedrige Stromaufnahme trägt der AD8322 zu einer längeren Batterielebensdauer bei, so dass eine unterbrechungsfreie Überwachung möglich wird. Von DC bis 60 Hz wird eine Gleichtaktunterdrückung von 80 dB geboten, und das elektrische Rauschen liegt zwischen 0,5 Hz und 40 Hz unter 10 µV.
Auch die Filterkonfiguration ist wichtig für einen konsistenten, vertrauenswürdigen Betrieb unter den prinzipbedingt rauen elektrischen Einsatzbedingungen von Herzüberwachungsgeräten. Der AD8322 verfügt über ein einstellbares Hochpassfilter mit zwei Polstellen, ein einstellbarer Tiefpass mit drei Polstellen und ein RFI-Filter. Aus Gründen der einfachen Anwendung und der Flexibilität enthält der Baustein außerdem einen integrierten RLD-Verstärker (Right Leg Drive) mit Shutdown-Funktion sowie einen frei verwendbaren Operationsverstärker. Von Analog Devices gibt es ferner ein Evaluation Board, ein Referenzdesign, ein Web-basiertes Tool für das Filter-Design sowie ein SPICE-Modell für eine einfachere Entwicklung und eine schnellere Markteinführung.
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