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XVIII Medical MEDICAL 22 - SETTEMBRE 2021 output generici (GPIO), block averaging e un filtro CIC (Ca- scaded Integrator Comb) selezionabile dal secondo al quarto ordine. I dati vengono letti direttamente dal registro dati o at- traverso il metodo FIFO (first-in, first-out). Sono disponibili due varianti di questo nuovo AFE. La prima è dotata di un’interfaccia di comunicazione I2C mentre la se- conda ha una porta SPI. Uno dei vantaggi dell’ADPD4100/ ADPD4101 riguarda le misure ottiche. La sua superiore capa- cità di reiezione automatica della luce ambientale utilizza im- pulsi di appena 1 μs in uno schema di modulazione sincrono combinato con il BPF, eliminando la necessità di loop di con- trollo esterni, sottrazione di corrente in continua o algoritmi digitali. Un fattore di decimazione superiore a 1 può essere utilizzato per aumentare l’SNR in uscita. Una funzione di sotto- campionamento permette agli intervalli di tempo selezionati di operare a velocità di campionamento inferiori rispetto a quella programmata per risparmiare energia, poiché la potenza è pro- porzionale alla frequenza di campionamento. La funzione di ceiling detection TIA invece, utilizza dei compa- ratori di tensione ai terminali di uscita del TIA per impostare il bit di interruzione quando l’ingresso TIA supera i limiti di funzionamento tipici. L’ADPD4100/ADPD4101 è un hub ideale per vari sensori elet- trici ed ottici per dispositivi wearable e fitness al fine di monito- rare la frequenza cardiaca e le sue variazioni (HRV), stimare la pressione sanguigna, monitorare lo stress e il sonno e misurare la SpO 2 . Le molteplici modalità di funzionamento di questo nuovo VSM AFE multiparametrico possono essere impiegate per varie misurazioni, tra cui (ma non solo) fotopletismogra- fia (PPG), elettrocardiogramma (ECG), attività elettrodermica (EDA), composizione corporea, respirazione, temperatura e misurazione della luce ambientale in applicazioni sanitarie. Misura PPG La misurazione PPG rileva la variazione di volume del sangue nel letto microvascolare del tessuto associato ad ogni ciclo car- diaco. L’assorbimento totale della luce è correlato al cambia- mento del volume sanguigno dovuto a eventi di sistole e dia- stole, producendo un segnale PPG. La misura del PPG viene eseguita facendo pulsare una luce LED attraverso il tessuto e raccogliendo la luce riflessa/trasmessa con un fotodiodo, che converte la luce in foto-corrente. L’ADPD4100/ADPD4101 elabora e misura la foto-corrente, dopodiché produce il segnale digitale PPG. Senza alcuna mo- difica alla connessione hardware, l’AFE può essere configurato in modo flessibile per operare in quattro diverse modalità per diversi casi d’uso di misura del PPG: modalità di connessione continua, modalità di integrazione multipla, float mode e mo- dalità di integrazione digitale. In figura 1 viene riportato lo schema di un tipico circuito PPG. Modalità di connessione continua La modalità di connessione continua è la modalità tipica per le misurazioni PPG. Fornisce la migliore reiezione della luce am- bientale e un elevato SNR. Questa modalità funziona bene con un rapporto di trasferimento della carica (CTR, foto-corrente su corrente LED) a partire da 5 nA/mA fino a 10 nA/mA e può for- nire SNR da 95 dB a 100 dB in dc. Questi livelli possono essere au- mentati incrementando il fattore di decimazione. Questa modali- tà utilizza il percorso completo del segnale analogico, TIA + BPF + INT + ADC. La carica in entrata è integrata una volta per ogni conversione ADC. In un singolo evento di stimolo come il PPG, la maggior parte della gamma dinamica dell’integratore viene uti- lizzata quando la carica dalla risposta del sensore viene integrata. Il TIA è collegato in modo continuo agli ingressi dopo il periodo di precondizionamento e, pertanto, il segnale d’ingresso non è modulato. Per ridurre il rumore, l’anodo del fotodiodo viene pre- condizionato alla tensione di riferimento del TIA (TIA_VREF), che è tipicamente impostata a 1,27 V per ottenere il più ampio campo dinamico del TIA. Il catodo del fotodiodo è collegato ad un pin della sorgente di tensione (VCx), e il dispositivo è tipica- mente impostato per fornire TIA_VREF + 215 mV al catodo del fotodiodo per creare una polarizzazione inversa di 215 mV ai capi del fotodiodo. Questo riduce il rumore del percorso del segnale e la capacità del fotodiodo. In questa modalità, l’ampiezza tipi- ca dell’impulso LED è di 2 μs. L’impiego di impulsi LED brevi fornisce le migliori prestazioni di reiezione della luce ambientale. L’uso di più impulsi LED aumenta l’SNR di 3 dB ogni volta che il numero di impulsi raddoppia. Il chopping dell’integratore è tipi- camente abilitato per ottenere l’SNR più elevato, poiché il chop- ping elimina il contenuto di rumore a bassa frequenza dall’inte- gratore. Una selezione del guadagno del TIA più elevata produ- ce un rumore riferito all’ingresso inferiore, ma riduce anche il campo dinamico del TIA. Quest’ultimo è calcolato come: campo dinamico = (TIA_VREF)/(guadagno del TIA). Per aumentare il livello di saturazione dell’ADC, è possibile ridurre il guadagno del Fig. 1 – Un tipico circuito PPG