——聚焦 TI ADS129 系列

在心电（ECG）与脑电（EEG）系统中，前端模拟链路需要对微伏级、低频、强干扰环境中的生物电信号进行高精度采集。TI 的 ADS129 系列将多通道 24 位 Δ-Σ ADC、可编程增益放大器（PGA）以及偏置驱动/导联检测等功能集成到单芯片中，是医疗级采集中非常典型的一条技术路线。

但要真正发挥 24 位 ADC 的价值，仅仅选对芯片还不够，还需要：

• 根据 ECG vs. EEG 的信号特性选择合适型号
• 理解 ADS129 系列不同型号在噪声、功耗、通道数上的取舍
• 在模拟前端（AFE）中做好输入保护、滤波、电极接口、偏置驱动与导联检测等设计

本文围绕 ADS129 系列，总结 ECG/EEG 24 位高精度 ADC 的硬件设计要点，并简要对比 ADI/Maxim 同类方案，帮助你在工程中做出更有依据的取舍。

ADS129 系列针对不同应用有多个分支，可粗略理解为三条主线：

• ADS1291 / ADS1292 / ADS1293 / ADS1292R：少通道、低功耗 ECG
• ADS1298 / ADS1298R：多导联（8ch）诊断级 ECG
• ADS1299（-4/-6/-8）：低噪声 EEG / 研究级生物电

表 1：ADS129 系列家族定位与典型应用

2.1 主要性能理解（工程解读）

从系列定位可以归纳出以下趋势：

• ADS1292 系列主打低功耗：功耗最低，但噪声略高，常用于可穿戴/便携 ECG
• ADS1298 系列在 ECG 带宽内噪声优于 ADS1292，且 CMRR/PSRR 高，更适合诊断级 ECG

• ADS1299 系列面向 EEG/高精度场景：

  • 在较窄带宽（0.05–70 Hz）内噪声更低
  • PGA 增益更高（最高 24×）
  • 但需要 5 V 模拟供电，功耗也更高

总体来看，ADS129 系列在这些关键指标上表现突出：

• CMRR：110–120 dB 级 → 对 50/60 Hz 工频抑制极强
• PSRR：90–96 dB 级 → 对电源纹波抑制优秀
• 输入偏置电流：百 pA 级 → 输入阻抗高，有利于减小电极偏置导致的 DC 漂移

3.1 生理信号特征差异

ECG 心电信号：

• 幅度：约 0.5–3 mV
• 带宽：0.05–150 Hz

• 噪声要求：

  • 诊断级短路噪声 ≤ 15 µVpp
  • 监护级短路噪声 ≤ 30 µVpp

EEG 脑电信号：

• 幅度：常仅几十 µV（如 α 波 20–100 µV），比 ECG 小 1–2 个数量级
• 带宽：常用 0.5–70 Hz（高频 γ 波可到 ~100 Hz）
• 电极阻抗更高（尤其干电极），对输入阻抗、偏置电流、噪声更敏感

表 2：ECG 与 EEG 信号量级/带宽与噪声敏感度

3.2 按应用选择 ADS129 型号（工程口径）

小结：

• 诊断级、多导联 ECG → ADS1298/1298R
• 可穿戴/低功耗 ECG → ADS1292/1293
• 科研级/高通道 EEG → ADS1299 多片级联

芯片只是“内核”，真正决定系统表现的，是外围 AFE 的系统级设计。

4.1 输入缓冲与高阻抗接口

ADS129 内部 PGA 输入阻抗已很高（偏置电流百 pA 级），多数湿电极 ECG/EEG 可以直接接入电极而无需额外前置放大器，这样最有利于噪声控制。

仅在以下场景考虑外加 FET 输入缓冲运放：

• 干电极 EEG（接触阻抗可达数百 kΩ–MΩ）
• 超长导联线或强运动场景
• 电极极化电压较大、恢复较慢

表 3：是否需要输入缓冲的工程决策

设计建议：能不加缓冲就不加；一旦必须加入，需选低噪声、低失调、高 GBW 的 FET 输入运放，并严格评估噪声预算。

4.2 抗混叠滤波器（AAF）

虽然 ADS129 内部带数字 Δ-Σ 滤波器，但模拟端仍需简单 AAF 来：

• 抑制射频/高频杂波
• 为内部开关电容采样网络提供阻尼
• 提高系统稳定性

表 4：每通道对称 RC 抗混叠/抗射频网络推荐

4.3 输入保护与除颤/ESD 防护

医疗电极接口必须优先考虑安全与保护。常见外部保护结构：

• 电极 → 限流电阻（51–100 kΩ） → ADC 输入
• ADC 输入对地/对电源轨放置 TVS 或高速箝位二极管
• 电极之间配置背靠背二极管限制差模电压
• 输入端可并联高值泄放电阻（几十～几百 MΩ），帮助释放电极极化电荷，缩短大信号后的基线恢复时间

典型应对场景：

• 除颤高压
• 手术电刀干扰
• ESD 冲击

4.4 电极偏置与 RLD / 偏置驱动

为了提升系统 CMRR：

• ECG 系统通常使用 驱动右腿（RLD）
• EEG 可使用 偏置电极驱动

ADS1298/1299 内置 RLD/偏置放大器，可直接将人体共模驱动到 ADC 共模中点。

典型做法：

• 多路输入共模求平均后反馈
• RLD 输出串 100 kΩ 接驱动电极
• 反馈中加入 47–100 nF 补偿电容，避免振荡

正确设计的 RLD / 偏置驱动可额外提升 20–40 dB CMRR，对 50/60 Hz 工频抑制非常有效。

4.5 导联脱落检测

ADS129 系列支持 DC / AC 导联脱落检测：

DC 检测：

• 通过微小 DC 偏置或电流检测电极阻抗变化
• 实现简单，但可能引入慢漂移/极化

AC 检测：

• 在 kHz 范围注入小 AC 信号
• 通过阻抗变化判断脱落
• 对高阻抗 EEG 更友好

设计建议：

• ECG：优先 DC 检测，配合较大时间常数减少低频影响
• EEG：优先 AC 检测，避免干扰 µV 级低频成分

5.1 vs. ADI ADAS1000 系列（ECG AFE）

ADAS1000 特点：

• 5 通道 ECG AFE，可级联扩展导联
• 14 位 SAR ADC + 过采样，ENOB 可达 18–19 位
• 集成起搏检测、呼吸阻抗测量等功能
• 噪声约 6–10 µVpp（0.05–150 Hz）
• 功耗每通道数 mW

与 ADS129x 对比：

• 分辨率：ADAS1000 “14 位 + 过采样” vs ADS129x 原生 24 位 Δ-Σ
• 噪声：ADAS1000 高于 ADS1298（同带宽 ADS1298 约 4 µVpp）
• 功耗：ADAS1000 每通道功耗约为 ADS1298 的数倍
• 优势：ADAS1000 片上算法/处理能力更强

结论：

• 要高精度 + 低功耗 + 多通道扩展 → ADS129x 更优
• 要片上算法 + 简化后端处理 → ADAS1000 有一定吸引力

5.2 vs. Maxim MAX3000x 系列（可穿戴 AFE）

以 MAX30001 为例：

• 目标应用：单/少通道可穿戴 ECG + BioZ
• ENOB 约 15.9 位，有效噪声 ~3 µVpp
• CMRR、输入阻抗等指标接近 ADS129x
• 最大优势在功耗：1.1 V 供电下每通道 ~85 µW
• 集成 R-R 检测、心率中断等算法，强调系统级低功耗

结论：

• 超低功耗、少通道可穿戴 → MAX3000x 更合适
• 多通道、高精度诊断 ECG 或科研 EEG → ADS129 系列更方便扩展且噪声/功耗比更优

TI ADS129 系列在“高分辨率、低噪声、多通道、低功耗”之间提供了优秀的综合平衡，是 ECG/EEG 医疗采集系统非常值得优先考虑的路线。

6.1 选型建议

• 诊断级、多导联 ECG：ADS1298 / ADS1298R
• 可穿戴、低功耗 ECG：ADS1292 / ADS1293
• 科研级、高通道 EEG：ADS1299 多片级联

6.2 AFE 设计建议

• 充分利用 ADS129 内部 PGA 的高输入阻抗，优先直连电极
• 干电极 EEG 等高阻抗场景，必要时加 FET 输入缓冲
• 每通道配置严格对称 RC AAF，兼顾射频抑制与稳定性
• 输入端必须设计除颤/ESD 防护
• 善用 RLD/偏置驱动提升 CMRR
• 按应用选择 lead-off 策略（ECG 用 DC / EEG 用 AC）

6.3 与同类方案的搭配思路

• 诊断级多导联 ECG / 科研 EEG：以 ADS129 系列为主
• 极低功耗单/少导可穿戴：用 MAX3000x 作为补充
• 需要片上算法/特殊监护功能：评估 ADAS1000

到此，你已经可以用“型号选型 + AFE 结构 + 抗干扰策略”的三层逻辑，把 ADS129 的 24 位精度真正落到系统指标上。