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直指车载健康监测技术痛点 类比半导体推出全新车规级ECG+HOD芯片

科技快讯 2022-03-14 12:10:21

集微网消息,车载方向盘ECG系统可实现对驾驶员心电图检测、心律异常检测、疲劳驾驶以及情绪检测等及时判断和预警;车载座椅ECG系统可实现对家人心脏健康的实时监测和关注,同时提供长期心电图监测的数据有利于增加医生在心脏疾病医疗诊断的判断准确性……这些都是车载健康监测技术的典型应用场景。随着智能驾驶座舱的推广和普及,作为重要组成部分的车载健康监测技术近年来也在快速发展中。然而,车载电磁环境的复杂性以及各种工况(比如速度、颠簸、振动)的多样性使微弱ECG信号的精准采集面临更多挑战,这些因素对ECG系统的硬件和软件系统都提出了更高的要求。

(车载ECG典型应用框图)

系统级芯片供应商类比半导体(Analogysemi)最新推出的自主定义车规级ECG模拟前端芯片ADX923Q系列,用于专业的动态心电图检测,针对上述车规应用的挑战因素从硬件层面实现了诸多提升。

随着大数据以及AI智能健康软件应用的发展,软件ECG相关的算法在精度、多样性、可靠性以及云诊断技术都取得了长足的发展。与之相应的,硬件系统层面也需要更多的创新和突破。

据了解,在ECG 硬件系统中,AFE ECG芯片是整个系统的关键,如何设计满足车载ECG系统的AFE ECG芯片,则需要解决以下几个重要的问题,包括:

1. 车规应用在温度上有更高要求 -40°C - 105/125°C (各车企最高温度要求不同); 

2. 车规应用在抗电磁干扰、ESD防护有更高要求;

3. 车载工况的各种干扰;

4. 车载ECG系统在干电极接触的离手检测灵敏度; 

5. 车规芯片的功能安全设计要求;

6. 车载方向盘电极模组支持L2及以上自动驾驶HOD功能。

据悉,此次类比半导体推出的全新车规级AFE ECG芯片ADX923Q产品能够满足上述车载ECG芯片需求。ADX923Q产品基本功能包括:该产品是多通道、同步采样、24 位、Δ-Σ (ΔΣ) 模数转换器 (ADC),具有内置可编程增益放大器 (PGA)、内部基准和板载振荡器,包含了汽车方向盘、座椅、便携式、低功耗医疗心电图 (ECG)、运动和健身应用中通常需要的所有功能。同时,ADX923Q 具有高集成度和卓越性能,能够以显著减小的尺寸、功耗和总体成本创建可扩展的医疗仪器系统,其每个通道都有一个灵活的输入多路复用器,可以独立连接到内部生成的信号,用于测试、温度和导联脱落检测,还可以选择任何输入通道配置来导出右腿驱动 (RLD) 输出信号。

此外,ADX923Q以高达8 kSPS的数据速率运行,可以使用器件内部激励电流吸收器或电流源在器件内部实现导联脱落DC检测,使用内部DDS激励源实现导联脱落AC检测。 ADX923Q 版本还包括完全集成的呼吸阻抗测量功能,ADX923Q版本还包括集成的模拟起搏(PACE)检测功能,单通道3导检测功能和可配置低频噪声信号滤除功能,且所有器件支持车规功能安全特性需要的故障诊断检测功能。这些器件采用 4 毫米 x 4 毫米、32 引脚无引线方形扁平封装 (QFN with Wettable flank) 封装,工作温度规定为 –40°C 至 +125°C。

值得一提的是,为应对车规应用上的挑战,类比ADX923Q在芯片层面做了一系列的设计实现,包括:

1. 产品从工艺、设计、封测、量产都满足车规级的一系列要求,支持车规功能安全要求并满足AEC-Q100 Grade1标准。具体来看,该芯片系列的所有PIN ESD HBM 支持+/-4 kV, 电源PIN ESD HBM 达到 +/- 8kV。

2. 改善了输入阻抗并提高差分阻抗系数;具备64档DC离手检测电流选择,同时芯片DC离手检测自带50Hz/60Hz工频滤除功能,节省软件工频滤波开销。

3. 对于干电极的检测挑战,类比则推出硬件AC离手检测方案,支持4KHz和500Hz的2种 AC激励源硬件算法AC检测,同时支持125Hz到8KHz的软件AC激励源软件算法检测,另外基于AC离手检测原理可适用于目前L2及以上自动驾驶HOD检测。

4. 该系列芯片支持三种可配置的低频噪声滤波功能,可滤除大部分工况下的噪声干扰。

5. 支持通信ECG数据和设备命令字CRC校验,保证通信链路传输的可靠性;支持PGA输入超量程检测,时钟故障诊断,数据和命令字传输出错诊断,非法命令字检测,上电芯片故障自检,输出PIN 短路地和短路电源检测,通信超时复位通信接口和数据帧丢失检测等功能安全特性。

6. 对于座椅ECG应用,类比半导体创新地引入电极轮转(ERM), 使其仅使用单通道ADC即可实现三导ECG数据的采样监测。

7. 芯片支持深度最大为12的FIFO,具备本地存储24组ECG数据的能力,可平衡通信和数据处理速率的适配问题,同时减少对μC设备占用时间。

8. 芯片内置模拟PACE检测电路,可实现对起搏脉冲信号的检测,该功能可省去外围分立起搏电路的元器件,优化板级电路设计和减少成本。

据悉,目前该产品已和国内多家汽车厂商及Tier1合作,陆续送样量产中。

(校对/萨米)

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