模拟信号路径在便携医疗设备中的技术要求

2010-12-17 20:56:45来源: 嵌入式在线
  致力于开发医疗诊断设备的公司面临的挑战就是要为消费者提供物美价廉的产品。在降低医护成本和改善病人护理服务方面,最重要的是能缩小这些医疗设备的体积并提高其精确度。在人口老化问题日趋严重的今天,上述需求显得更为迫切。根据IMS调查公司的InMedica报告,消费类医疗设备的销售总额到2011年时预计可超过50亿美元。

  医疗设备监护功能的开发与不断完善,远程护理供应商能够在人类健康的几个重要领域为居家患者、急症室救护员以至医院提供更佳的诊断工具。血压计血糖仪、除颤器等监护类仪器均需要清晰的模拟信号来进行准确的测量,否则便可能危及生命。设计卓越的模拟信号路径可帮助设计人员降低外来噪声的干扰、扩展动态范围和加强精确度。此外,在组件选择方面,设计人员也必须谨慎选择以满足最终产品的性能需求。

  小封装中的高性能需求

  此前,人们通常认为医院和诊所的医疗设备比家居使用的便携仪器更为精确。可是,新的技术趋势正迅速扭转着上述的观点。新的便携式医疗设备面的使用者不仅仅有普通消费者,还有深具科技领悟力的病人,因此客户的需要不再局限于量体温、做心电图和测血压。客户需要的是全方位的护理及测量功能。

  为了满足人们对家居医疗诊断仪器的迫切需求,设备供应商正凭借先进的货存管理和创新设计来增强市场竞争力,并为产品配备更多的功能来争取更多的用户。在开发家居医疗仪器的领域,有一个因素是非常重要的,这就是产品从最初设计到真正投放市场期间所需的开发时间。缩短上市时间,可以让厂商的产品抢占市场。而能否将开发周期缩短取决于系统设计人员的设计是否足够灵活并具成本效益。

  工艺技术影响系统设计

  虽然电气规格是设计人员选择组件的主要因素,但用来制造集成电路的工艺也同样重要。例如,典型的血糖计通常需配合一个带有极低输入偏置电流的运算放大器,大多数的设计人员都会选用JFET放大器。不过,他们在作出决定前应先考虑一下温度的问题。

  由于JFET拥有一个很低的初始输入偏置,因此它很易受到温度变化的影响,每上升10°C ,输入偏置便会大约增加一倍。要计算出输入偏置的漂移,可使用下列的数式(参考1)。

  Ib(T)Ib(T0) x 2(T-T0)/10

  例如,一个JFET输入运算放大器(例如美国国家半导体的LF411)在25 °C下的输入偏置电流为50pA,而一个更佳的选择是美国国家半导体的LMP7731,它是一款双极输入运算放大器,其输入偏置电流为1.5nA。通过上述数式,我们可以很快地计算出在85°C下,LF411的输入偏置电流变成3.2nA,超出LMP7731的两倍。

  评估系统的取舍

  速度、噪声和功耗对于某些设计来说可能同样重要,一个低噪声器件会消耗比较多的电流,而一个低功耗的器件则只可提供有限的带宽。一个克服这些问题的方法是在适当的应用中使用反补偿放大器。与单位增益稳定和速度较高这两点相比,反补偿放大器的优点除了成本比较低之外,是其可在不影响功耗的情况下提供较大的带宽。

  反补偿运算放大器最适合使用在电流-电压转换(跨阻)电路。在医疗仪器中,其中一个最普遍的应用是测量血细胞中的含氧量,称为SPO2或饱和或外围氧气。图1所示为SPO2模块的框图,当中的反补偿放大器(TIA)用来将来自光二极管的电流转化成电压。

SPO2模块的典型框图

图1 SPO2模块的典型框图

  利用捷径缩短设计时间

  医疗仪器的最重要参数是噪声,它可以导致电路本身和附近的设备产生严重的干扰。计算噪声是一项比较沉闷的工作,尤其当您想计算出从电源、放大器、数据转换器以至外部组件,信号路径对信噪比的整体影响。

  一般来说,医疗仪器电路都倾向采用较低的频率来工作,因此这些系统的设计人员通常会比较关心处于0.1到10Hz频带以内的噪声,也称为峰到峰噪声。但不幸地是,有些数据表并没有提供时域噪声(峰到峰)的数值,而只会提供电压或电流噪声密度的典型图表。除了等待电路的供应商提供测量数据外,有一个快速的方法可帮助推算出峰到峰的噪声量。

  

[1] [2]

关键字:模拟信号  便携医疗设备  路径

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2010/1217/article_1734.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
模拟信号
便携医疗设备
路径

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 医学成像 家庭消费 监护/遥测 植入式器材 临床设备 通用技术/产品 其他技术 综合资讯

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved