Integrierte Medizinelektronik – Teil 4
Das AFE4950EVM-System – und Fazit
Es ist das kompakteste Evaluation Kit im Test, das AFE4950EVM von Texas Instruments, und mit einem eigenem Mikrocontroller für die Steuerung und Kommunikation ausgestattet. Zu ihm gehört ein Softwarepaket aus mehreren Python-Programmen, die leider nur unvollständig dokumentiert sind.
Beim AFE4950EVM-System von Texas Instruments werden neben dem handlich (85 × 50 mm2) aufgebauten Hauptmodul (DC116, Bild 20), ein daran anzusteckendes Opto-Modul (MHR041) sowie drei Elektroden-, ein USB- und ein Modulverbindungskabel mitgeliefert.
Die Dokumentation und die Software sind über die Website www.ti.com zu beziehen, wofür zunächst eine U.S.-Government-Export-Approval-Erklärung auszufüllen ist. Die Prüfung kann mehrere Tage dauern, und mit den frei verfügbaren Informationen zum Chip und zum Kit kann ein Entwickler eigentlich nichts anfangen, sodass ein sofortiger Einstieg in das System − nach Erhalt des Kits – nicht möglich ist.
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Überblick
- In Teil 1 [7] richtet sich der Blick auf die Methoden der medizinischen Messtechnik, die in den später betrachteten Entwicklungssystemen und Geräten umgesetzt werden, sowie die aktuell angebotenen ICs mit den analogen Eingangsstufen.
- Teil 2 [9] nimmt den Baustein MAX86178 von Analog Devices (ehemals Maxim Integrated) mit PPG- und EKG-Funktion sowie bioelektrischer Impedanz-Analyse unter die Lupe, zusammen mit seinem Entwicklungskit.
- Teil 3 [10] widmet sich dem AS7050 von AMS Osram sowie dessen Evaluation-Kit, der ebenfalls PPG- und EKG-Messungen ermöglicht sowie über eine Messfunktion für den Hautwiderstand verfügt.
- In Teil 4 wird das AFE4950EVM-Entwicklungssystem von Texas Instruments mit Mikrocontroller untersucht, das nur PPG- und EKG-Messungen durchführen kann, und es wird ein anschließendes Fazit gezogen.
Die Nummerierung der Bilder wird durch alle Beiträge hindurch fortgesetzt. Sie startet im aktuellen Beitrag mit Bild 20.
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Aufbau des Entwicklungsystems
Die wichtigste Komponente auf dem Hauptmodul ist außer dem AFE4950 ein Mikrocontroller vom Typ MSP430F5529, der für die gesamte Steuerung und Kommunikation (USB) des Systems zuständig ist.
Neben den obligatorischen Spannungsreglern – dem Aufwärtswandler (TPS61099) und LDO (TPS7A490) – sind mehrere Level Shifter (TXB0) zwischen dem AFE4950 und dem MSP430F5529 notwendig, weil die beiden ICs ungünstigerweise mit unterschiedlichen Betriebsspannungen und damit unterschiedlichen Logikpegeln arbeiten.
Die Spannung vom USB gelangt an einen Battery Manager (BQ24032), der optional auch als Li-Ionen-Ladeschaltung eingesetzt werden kann und an seinem Ausgang (VccBat) mindestens 4,2 V liefert, die auf einen Auf-/Abwärtswandler sowie auf einen LDO gelangen, die daraus die verschiedenen Spannungen für die Elektronik (Bild 21) generieren. Statt mit 3 V ist optional ein Betrieb (LDO Bypass Mode) mit 1,8 V möglich, wofür auf dem Modul zwei zusätzliche ICs (Aufwärtswandler, LDO) vorhanden sind. Hier wird jedoch lediglich der Default Mode betrachtet.
Das Opto-Modul wird mit dem Hauptmodul über ein beiliegendes zehnpoliges Kabel verbunden, das sich allerdings auch falsch herum aufstecken lässt, weil es hier keinen mechanischen Verpolungsschutz gibt. In der Anleitung (AFE4950EVM User’s Guide) ist die richtige Steckerorientierung jedoch angegeben.
Im Wesentlichen besteht das Opto-Modul aus einem SFH 7072 von AMS Osram, der ebenfalls beim im Teil 3 [10] untersuchten System AS7050 EVK zum Einsatz kommt. Das Opto-Modul soll mit einem Armband, das allerdings nicht mitgeliefert wird, am Handgelenk befestigt werden (Bild 22).
Die drei Elektrodenkabel sind mit den 4-mm-Anschlüssen auf dem Hauptmodul und einem nicht weiter spezifizierten ECG-Simulator zu verbinden, der nicht zur Verfügung stand. Davon abgesehen bevorzugte der Autor für den Test ohnehin echte Messungen an Probanden. Die drei Elektroden wurden daher am Körper, wie es beim MAX86178-System in Teil 2 [9] erläutert ist, angeschlossen.
Als Software sind zunächst zwei Windows-Dateien notwendig: Bio-Sensing_Installer_V5.3.exe für das GUI-Framework, das für alle Typen der AFE-Familie anwendbar ist, sowie AFE4950EVM_Installer_V2.0.exe, der der GUI anschließend die AFE4950EVM-spezifischen Softwareteile hinzufügt. Daraufhin stehen das Programm Bio-Sensing sowie verschiedene Tools unter Program Files\Texas Instruments\Bio-Sensing\AFE4950EVM auf dem PC zur Verfügung. Das System belegt auf dem PC zwei virtuelle COM-Ports (USB-Geräte).
- Das AFE4950EVM-System – und Fazit
- Inbetriebnahme und Messungen
- Literatur
