自动体外除颤器设计方案

涵盖从处理器到信号调节再到电源管理的自动体外除颤器 (AED) 解决方案

设计注意事项

概述：

大多数自动体外除颤器 (AED) 都是高度复杂的微控制器设备，它们可以监控对生命有威胁的心跳律动、评估并自动治疗病人。它捕获治疗电极发出的 ECG 信号，运行 ECG 分析算法以识别可电击复律，并建议操作员是否需要除颤。基本除颤器包含高压电源、存储电容器、可选电感器和患者电极。它能在存储电容器中产生电荷，形成潜在电流。电压越高，可能形成的电流就越大。AED 输出音频指令和可视提示。在典型的除颤顺序中，AED 提供语音提示来指导用户连接患者电极，然后开始获取 ECG 数据。如果 AED 分析患者的 ECG 并探测到可电击复律，电容器将会充电，其中 Wc = 1/2CV^2c；而电容器电压 Vc(t) = Vc(0)e–t/RC，同时 R = R(lead) << R(chest)。按下电击按钮提供高压脉冲时，电流将开始流经身体以去极化大部分心肌细胞，从而重建协调收缩和正常心率。电流量由电容器和身体阻抗确定。许多管辖区域还要求 AED 对心脏停搏的场景进行录音，以供事后分析。所有 AED 均包括一种存储和检索病人 ECG 模式的方法。AED 的前端信号来自于放置在病人身上的 ECG 电极，这要求仪表放大器放大其非常轻微的振幅<10mV). Targeted instrumentation amplifiers would be designed to have:

•    感应 0.1mV 至 10mV 轻微振幅信号的能力
•    极高输入阻抗 (>5MO)
•    极低的输入漏电流（<1µA)
•    平坦的频率响应 0.1Hz 至 100Hz
•    高共模抑制比 (CMRR) (>100dB)

AED 的另一个输入是用于录制来自场景的音频的麦克风。ECG 和麦克风输入均被 DSP 数字化和处理。大多数 AED 设计使用 16 位处理器，因此，可与 16 位 ADC 配合使用以数字化 ECG 和语音输入。放大的 ECG 信号的带宽为 0.1Hz 至 100Hz，需要最低 50dB 的 SNR。录音/回放信号一般带宽为 8kHz，需要最低 65dB 的 SNR。麦克风输入也需要被放大最高 40dB 的可编程增益。AED 具有合成音频指令，音量控制输出连接至耳机扬声器或 8Ω 扬声器。TLV320AIC20 简化了前端数字化过程，因为它集成了 2 个 ADC、2 个 DAC、1 个麦克风放大器、1 个耳机驱动器和 1 个具有音量控制的 8Ω 驱动器；而且它可以与 DSP 进行无缝连接。