自動體外除顫器設計方案

涵蓋從處理器到信號調節再到電源管理的自動體外除顫器 (AED) 解決方案

設計注意事項

概述：

大多數自動體外除顫器 (AED) 都是高度復雜的微控制器設備，它們可以監控對生命有威脅的心跳律動、評估并自動治療病人。它捕獲治療電極發出的 ECG 信號，運行 ECG 分析算法以識別可電擊復律，并建議操作員是否需要除顫。基本除顫器包含高壓電源、存儲電容器、可選電感器和患者電極。它能在存儲電容器中產生電荷，形成潛在電流。電壓越高，可能形成的電流就越大。AED 輸出音頻指令和可視提示。在典型的除顫順序中，AED 提供語音提示來指導用戶連接患者電極，然后開始獲取 ECG 數據。如果 AED 分析患者的 ECG 并探測到可電擊復律，電容器將會充電，其中 Wc = 1/2CV^2c；而電容器電壓 Vc(t) = Vc(0)e–t/RC，同時 R = R(lead) R(chest)。按下電擊按鈕提供高壓脈沖時，電流將開始流經身體以去極化大部分心肌細胞，從而重建協調收縮和正常心率。電流量由電容器和身體阻抗確定。許多管轄區域還要求 AED 對心臟停搏的場景進行錄音，以供事后分析。所有 AED 均包括一種存儲和檢索病人 ECG 模式的方法。AED 的前端信號來自于放置在病人身上的 ECG 電極，這要求儀表放大器放大其非常輕微的振幅10mV). Targeted instrumentation amplifiers would be designed to have:

• 感應 0.1mV 至 10mV 輕微振幅信號的能力
• 極高輸入阻抗 (>5MO)
• 極低的輸入漏電流（1µA)
• 平坦的頻率響應 0.1Hz 至 100Hz
• 高共模抑制比 (CMRR) (>100dB)

AED 的另一個輸入是用于錄制來自場景的音頻的麥克風。ECG 和麥克風輸入均被 DSP 數字化和處理。大多數 AED 設計使用 16 位處理器，因此，可與 16 位 ADC 配合使用以數字化 ECG 和語音輸入。放大的 ECG 信號的帶寬為 0.1Hz 至 100Hz，需要最低 50dB 的 SNR。錄音/回放信號一般帶寬為 8kHz，需要最低 65dB 的 SNR。麥克風輸入也需要被放大最高 40dB 的可編程增益。AED 具有合成音頻指令，音量控制輸出連接至耳機揚聲器或 8Ω 揚聲器。TLV320AIC20 簡化了前端數字化過程，因為它集成了 2 個 ADC、2 個 DAC、1 個麥克風放大器、1 個耳機驅動器和 1 個具有音量控制的 8Ω 驅動器；而且它可以與 DSP 進行無縫連接。