心电图（ECG）设计的六大挑战及应对策略(四)——如何才能达到ESD、环境和除颤器保护的要求 by ADIForum
心电图(ECG)是一种常见的医疗记录，在许多恶劣的环境中，它也必须清晰可读并保持精确。随着ECG子系统越来越多地投入医院外应用，制造商面临着持续的降低系统成本并缩短开发时间，同时保持或提高性能水平的压力，这就给ECG设计工程师提出了相当严苛的要求：实现一种安全有效、 能够应对目标使用环境挑战的ECG子系统。
我们分六个部分来谈将遇到的设计挑战，以及应对之道。上周我们谈到的主题是“怎样才能满足模拟前端共模和差模的动态范围”（http://ezchina.analog.com/message/18709#18709），本周主题——如何才能达到ESD、环境和除颤器保护的要求
设计工程师必须防止ECG前端受损。ECG系统需要内置保 护电路来应对静电放电、除颤器放电或其他过压过流事 件。人手模型模拟人手触摸设备的静电放电效应，它使用 一个1500 Ω电阻和一个100 pF串联电容来限制人手放电的电 流。充电电压决定可以施加的瞬时电压量以及如何限流。电 压可以超过18 kV。某些标准将该电压设定为较低的值8 kV。
针对除颤器脉冲和ESD，多数ECG系统都有以人手模型为 基础的输入保护。除颤器保护电路具有多项要求：保持前 置放大器在工作频率下的CMR；从除颤电极/垫板分流5% 以下的除颤器输送能量；以及充分保护前置放大器电路，使得ECG在除颤器脉冲之后能够快速地通过显示器或纸带 记录图显示。在急救室(ER)，1秒(或更短)的延迟是理想的响应时间。
除颤器保护电路有两种形式。在第一种形式中，ECG电缆 是心脏监视除颤器的一部分，通常利用一系列电阻(额定功 率高压电阻)来限制流入ECG前端的电流。另外，在某些保 护电路中，保护电阻的ECG端具有氩灯或氙灯，用以将前 置放大器端电压限制在100 V以下。此外还有限压和限流器 件来确保ECG系统不会受损。设计师应当咨询能够看到此 高电压和电流的特殊仪表放大器(INA)或有源/无源电路的 制造商。硅控整流器(SCR)可提供一定程度的过压保护。 额定功率串联电阻可提供电流保护。还可以考虑限流器。
如果没有某种形式的保护，多数有源器件将无法耐受ESD 测试相关的电压。为了确定所需的保护程度和建议的应对 措施，必须咨询有源器件的制造商。建议设计师了解FDA除 颤器保护用额定功率电阻的相关指南。某些设备正是因为这 些电阻的测量结果和额定值不当而被召回(由于设备故障报 告众多，FDA最近宣布其正在评估关于AED的管理规定)。
为了帮助设计师设计分立式除颤器保护电路，ADI公司器 件已经过测试，能够耐受高水平的ESD和输入电流电压。ADAS1000 ECG AFE的封装引脚具有大ESD保护结构，已经 过评估，能够耐受最大的源/吸电流。
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