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5電極のECG用アナログ・フロントエンド（AFE）のADAS1000は、低消費電力、低ノイズ、高性能、テザー付き、携帯型という次世代のECGシステムの課題に対応します。

ADAS1000は5電極入力と右脚駆動（RLD）専用の出力リファレンス電極からなる高集積チップで、高度なモニタリングと診断を行うECG測定用に設計されています。

ADAS1000はECG信号のモニタリングに必要な要素に対応するだけでなく、呼吸計測（胸郭インピーダンス測定）、ペース・アーチファクト検出、リード/電極の接続ステータス表示、内部校正などの機能を備えています。

1個のADAS1000で5電極入力に対応するので、従来の6リードECG測定は容易に実現します。もう1個のADAS1000をスレーブ・デバイスとして並列接続すると、システムのスケーリングによる真の12リード測定（9個の電極と1個のRLDからなる）が可能で、さらに、複数のスレーブ・デバイス（3個以上）を追加することにより、15以上のリードで測定するようにシステムをスケーリングできます。

呼吸

ADAS1000には、46kHz～64kHzにプログラム可能な周波数で駆動する呼吸計測用のD/Aコンバータ（DAC）と、この難しい計測を簡素化するA/Dコンバータ（ADC）が搭載されています。固有のケーブル・パラメータを考慮して、測定値は呼吸を判定できる大きさと位相になるように復調および変換されます。回路の分解能は、内部コンデンサを使用すると200mΩで、外部コンデンサを使用するとそれより高く（<200mΩ）なります。この回路は柔軟性の高いスイッチング方式を採用しているので、3つのリード（I、II、またはIII）のいずれでも測定可能です。

ペース検出アルゴリズム

ペース検出アルゴリズムは、デジタル・アルゴリズムの3つのインスタンスを、ペース検出の対象となり得る4つのリード（I、II、III、またはaVF）のうち3つで実行します。このアルゴリズムは、高周波のECGデータに対して内部のデシメーションやフィルタリングと並行して実行され、100µs～2msの幅のペーシング・アーチファクトと400µV～1000mVの振幅を検出および測定するように設計されています。ADAS1000は、1つ以上のリードでペースが検出されたことを示すフラグとともに、検出した信号の高さと幅の測定値を返します。ユーザ独自のデジタル・ペース・アルゴリズムを実行したい場合、ADAS1000は高速データレート（128kHz）でECGデータを提供する高速ペース・インターフェースを備えていますが、フィルタリングとデシメーションを実行したECGデータは標準インターフェース上に残ります。

低消費電力

ADAS1000は低消費電力設計で、5電極のECG測定器の駆動に必要な電力はわずか21mWです。バッテリ駆動のホルター心電計や遠隔測定装置などのアプリケーションでは、全体の消費電力を極力抑えるために、未使用のチャンネルや機能を容易に無効にして、ECGの1リードあたりの消費電力をさらにわずか11mWに低減できます。

低ノイズ

さまざまな状態を適切に診断する上で、低ノイズ性能は非常に重要です。最終機器の規制基準に対応するには、ADAS1000のノイズ性能が必要です。ADAS1000では、ノイズ性能、消費電力、データレート間のトレードオフが可能なので、デバイスを広範な製品に適合させることができます。ADAS1000の性能は、消費電力がさほど重視されないライン給電されるECGシステムにおいても優れています。

デバイスのノイズ性能は、高性能モードで最適化することができます。このモードでは、内蔵の逐次比較型A/Dコンバータのサンプリング・レートが2MSPSに向上するので、S/N比が高くなります。

柔軟なデータレート

標準シリアル・インターフェースは、リードオフ・ステータス、ペース、呼吸、その他の補助機能を含め、ECGに関するあらゆる情報を出力します。32ビットまたは16ビットの多数のデータ・ワード（パケットまたはフレームと総称される）は、データ・バスのシリアルSDOピンに出力されます。データ・キャプチャをきわめて容易にするために、さまざまなフレーム・データレート（2kHz、16kHz、または128kHz）を使用可能です。データレートを最も遅い2kHzにすると、デシメーション量を増やすことができるので、低ノイズ性能を得るには最適なフレーム・データレートです。また、データをスキップ・モードで読み出すことも可能で、このモードでは、パケットまたはフレームをデバイスから読み出すのにワードを1つおきか2つおきに読み出します。最も遅いデータレートは500Hzです。

SDPボードに接続されたADAS1000評価ボードの写真を図2に示します。

この評価ボードは、1リードから12リードのECG測定を実行するように設計されています。

携帯型ECGアプリケーションで使用されるバッテリ

携帯型のECG機器で使用されるバッテリの種類はさまざまで、交換や再充電が容易なAAバッテリまたはAAAバッテリが使用されている場合もあります。

バッテリは機器全体の重量に影響します。患者の使い心地が重要なので、ソリューション全体のサイズと重量を最小限に抑えながらバッテリ寿命を延ばすことが携帯型ECGアプリケーションの最大の課題です。

最近の製品はリチウムイオンなどのバッテリを採用する傾向にあり、製品によって数時間から数日間の動作時間を達成します。

バッテリの電圧範囲は、システム内の部品の電源電圧範囲に依存します。ADAS1000の場合は3.3VのAVDDが必要です。したがって、ADP151レギュレータを使用する場合、バッテリは少なくとも3.7Vを供給する必要があり、それには400mVのヘッドルームが必要となります。リチウムイオン・バッテリまたはリチウムポリマ・バッテリの公称セル電圧は3.7Vです。しかし、放電電圧が約3.2Vであるため、ADP151向けに最小3.7Vを保証するには2個をスタックにする必要があります。

適切な電源ソリューションの選択

ADAS1000は、AVDDとIOVDDの少なくとも2本の電源レールを必要とします。表1に示すように、ADCVDDとDVDDのレールはオプションで、これらの電源は、ADAS1000に搭載されたLDOを使ってそれぞれAVDDとIOVDDのレールから引き出すことができます。

評価ボード上で、AVDDとIOVDDは3.3Vで給電されます。この3.3Vは、EVAL-SDP-CB1Z上のSPORTインターフェースとの互換性を維持するために、IOVDDレール用に選択されたものです。低い電源電圧で動作するマイクロコントローラとインターフェースする場合は、IOVDDの電源電圧を1.65Vまで低減できます。

一方、より電力効率の高いソリューションが必要な場合は、ADAS1000上のハードウェア・ピン（VREG_EN）を使って内部レールADCVDDとDVDDをディスエーブルすることができます。こうすると、ADCVDDおよびDVDDレールを外部電源で駆動できるようになります。ADCVDDレールはチップ上のADCに給電するためにできるだけクリーンにしておく必要があるので、ノイズの多いデジタル電源と共有してはなりません。

1個のADAS1000のAVDDレールの電源電流は、5チャンネルすべてがイネーブルの場合、動作モードに応じて通常8mA～15mAの範囲です。未使用のチャンネルは、ディスエーブルして消費電力を抑えることができます。

専用のADP151が、評価ボード上のAVDDとIOVDD両方の電源に使用されます。各ADP151の駆動能力は200mAなので、システム内の他の部品に給電可能です。ADP151レギュレータには、ボード上で他の目的で生成される5Vレールから入力されます。

IOVDDレールのデジタル・ノイズが確実にACVDDレールに混入しないように適切なフィルタリングを追加すれば、1個のADP151でAVDDとIOVDD両方のレールに給電可能です。

EVAL-ADAS1000SDZ評価ボードは、約250mA時に5Vを必要とするEVAL-SDP-CB1Zボードに電力を供給するように設計されています。昇降圧DC/DCコンバータADP2503は、このボードへの4.5V～5.5Vの入力電源から5Vレールを生成します。

このハードウェアに、SDPボードを接続した状態でバッテリから給電すると、全体の消費電力によりバッテリは短時間で放電します。