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XIX MEDICAL 22 - SETTEMBRE 2021 VITAL SIGNS MONITORING TIA o aumentare la resistenza dell’integratore. Selezionando una maggiore la resistenza dell’integratore si ottiene un rumore mino- re, mentre selezionando una resistenza dell’integratore inferiore si aumenta l’headroom per la luce ambiente. Modalità di integrazione multipla La modalità di integrazione multipla è uguale alla modalità di connessione continua, tranne che per la carica in entrata che viene integrata più volte per ogni conversione ADC. Questa mo- dalità è utile per ottenere un elevato SNR in casi di scarsa lumino- sità perché utilizza una piccola quantità, a volte inferiore al 50%, del campo dinamico per singolo evento di stimolazione. Questa modalità consente l’utilizzo di una quantità maggiore del cam- po dinamico dell’integratore a causa dell’integrazione multipla prima della conversione ADC. Ogni raddoppio del numero di integrazioni per conversione ADC si traduce in un aumento del- l’SNR di 3 dB, che equivale allo stesso effetto del raddoppio del numero di impulsi. Poiché questa modalità è tipica dei piccoli in- gressi, viene selezionato il guadagno del TIA più elevato. Questa modalità viene utilizzata nei casi in cui il CTR è inferiore a 5 nA/ mA ed è necessaria una buona reiezione della luce ambientale. Float mode Anche la float mode è utilizzata in casi di scarsa luminosità per ottenere un elevato SNR. Questa modalità consente l’accumulo di carica senza rumore sul fotodiodo. Il fotodiodo è scollegato dall’A- FE, trovandosi quindi in float mode, e, a causa alla luce, accumula la carica in modo privo di rumore. Quando l’AFE viene ricolle- gato al fotodiodo, la carica sul fotodiodo si trasferisce nell’AFE e l’integrazione avviene in modo da consentire l’elaborazione della massima quantità di carica per impulso con la minima quantità di rumore aggiunta al percorso del segnale. Il dumping della carica avviene rapidamente con brevi impulsi di modulazione e, pertan- to, l’aggiunta di rumore è minore. Inoltre, il tempo di float può essere aumentato per ottenere livelli di segnale più elevati, ma c’è un limite alla quantità di carica che il fotodiodo può accumulare. In questa modalità, il filtro passa-banda (BPF) è bypassato perché la forma del segnale prodotto, quando si trasferisce la carica dal fo- todiodo modulando la connessione al TIA, può variare a seconda dei dispositivi utilizzati e delle condizioni. Per allineare in modo affidabile il segnale con la sequenza di integrazione, il BPF deve essere bypassato. Questa modalità non fornisce buone prestazio- ni di reiezione della luce ambientale, ed è limitata dalla capacità del fotodiodo, ma fornisce una misura efficiente dal punto di vista energetico e meno rumore in condizioni di luce molto scarsa. Float mode vs selezione della modalità di integrazione multipla in condizioni di scarsa luminosità In condizioni di scarsa luminosità con CTR <5 nA/mA, la mo- dalità tipica di funzionamento è quella float, che offre un ru- more più basso rispetto alla modalità di integrazione multipla, poiché quest’ultima richiede più cicli di integrazione, portan- do a più elevati contributi di rumore dell’integratore. Il float mode risulta essere più efficiente rispetto alla modalità di inte- grazione multipla anche dal punto di vista energetico, poiché il BPF è disabilitato e il tempo di misurazione è inferiore. Per- tanto, l’efficienza SNR per watt è significativamente maggiore nella modalità float. Quando il fotodiodo è in perdita o è presente una quantità significativa di luce ambientale nella misurazione del PPG, è preferibile la modalità di integrazione multipla. I fotodiodi che presentano perdite non possono essere utilizzati in modalità float perché la carica viene dispersa invece di essere accumu- lata, prima che si verifichi il rapido dump della carica. Se la luce ambientale è significativa, la modalità float è sfavorevole, perché la luce ambientale prevale sulla quantità di carica che può essere immagazzinata dal fotodiodo. L’integrazione mul- tipla offre intrinsecamente un eccellente reiezione della luce ambientale grazie all’uso del BPF e di brevi impulsi LED. Modalità di integrazione digitale Tutte le modalità finora menzionate utilizzano l’integratore per integrare la carica in ingresso. L’integrazione digitale dei campioni dell’ADC è possibile anche attraverso una modalità dedicata. Per ottenere l’integrazione digitale, l’integratore vie- ne convertito in un buffer. La modalità di integrazione digitale funziona in due zone: nella zona illuminata il LED viene fatto pulsare, mentre nella zona oscura il LED è spento. I campioni dell’ADC vengono prelevati ad intervalli di 1 μs all’interno del- le zone illuminate e scure e vengono integrati digitalmente. Il segnale viene calcolato sottraendo l’integrazione dei campioni scuri dai campioni illuminati. Questa modalità può supportare impulsi LED più lunghi e, pertanto, è la tipica modalità di fun- zionamento in cui il fotodiodo ha un tempo di risposta più len- to e richiede impulsi più lunghi. Il BPF viene bypassato e disa- bilitato. La modalità di integrazione digitale fornisce la miglio- re efficienza energetica e consente di ottenere i massimi livelli di SNR ottenibili. Tuttavia, la reiezione della luce ambientale è inferiore a quella della modalità di connessione continua, a causa di impulsi LED più lunghi e dal BPF bypassato. Questa modalità non può supportare il campionamento simultaneo di due canali durante lo stesso intervallo di tempo. La modalità di integrazione digitale può supportare 100+ dB di SNR in dc. Vantaggi e svantaggi della modalità di integrazione digitale Come accennato in precedenza, la modalità di funzionamento tipi- ca per le misurazioni con il PPG è la modalità di connessione con- tinua, in quanto fornisce un elevato SNR e un’eccellente reiezione della luce ambientale in condizioni in cui il CTR è superiore a 5 nA/mA. Tuttavia, la modalità di integrazione digitale consente di