高性能模擬器件兼顧醫(yī)療設備診斷級精度和便攜化需求

前不久，iPad2在全球蘋果粉絲的期待中登場，有望續(xù)寫蘋果的傳奇。而就在此前不久的一則消息讓與蘋果不搭界的醫(yī)療界也與蘋果搭上關系：美國食品和藥物管理局(FDA)首次批準了蘋果iPad/iPhone作為醫(yī)療影像診斷放射學的輔助產品使用，可以用于實現計算機斷層掃描(CT)，磁共振成像(MRI)的結果判讀。其實，iPad的醫(yī)療應用早已有之且并不僅限于此，在iPad的3萬多種應用程序有中，醫(yī)療類別的有504種（數據截止于2010年9月）。

 

對醫(yī)療設備、特別是便攜式醫(yī)療保健設備制造商來說，與其將這些信息解讀為一種市場競爭威脅倒不如作為對自己產品策略的借鑒，尤其是蘋果在iPad產品的便攜性能設計上的卓越之處（iPad2厚度縮減33%，重量減輕15%，而一次充電能夠使用10個小時、待機一個月），因為醫(yī)療設備的便攜性、低功耗已經成為一種趨勢：原來只有在大醫(yī)院使用的大型醫(yī)療設備將呈現小型化、低成本化以及更便于使用等發(fā)展趨勢，以適應基層醫(yī)療機構建設的需求；隨著人口老齡化問題的加劇，家用監(jiān)護式的應用也是一個發(fā)展趨勢。除了現在已經有較多應用的家用血糖、血壓檢測外，預計未來心電圖等設備也許走入家庭，在您的產品設計中如果能像蘋果一樣把握住這種趨勢的話必將占據先機。

 

在2011年深圳舉辦的國際集成電路展上，全球領先的高性能信號處理解決方案供應商及醫(yī)療設備行業(yè)的供應商ADI公司( http://www.analog.com/zh)就展出了多個系列的醫(yī)用產品解決方案，包括最新推出的低功耗、可實現診斷級心電圖（ECG）應用模擬前端芯片ADAS1000 (http://www.analog.com/zh/pr0513/adas1000)和最新的備受贊譽的八通道醫(yī)療超聲模擬前端AD9278 (http://www.analog.com/zh/ad9278)和 AD9279 (http://www.analog.com/zh/ad9279)。這些產品及解決方案除了具有ADI一直以來業(yè)界領先的高精度，更憑借對醫(yī)療系統(tǒng)設計的深度理解和客戶需求的精準把握，以更高的集成度從芯片內部解決了以前分立解決方案設計中所面臨的諸多技術挑戰(zhàn)，高集成度、低功耗特性更引領了醫(yī)療設備便攜化技術發(fā)展的趨勢。

 

ADAS1000是ADI公司于年初最新推出支持ECG系統(tǒng)實現監(jiān)護級和診斷級性能的全集成模擬前端（AFE）系列芯片的首款產品，該器件還集成了起搏器脈搏檢測和呼吸測量功能，以及多導聯內核ECG測量與支持功能，包括導聯斷開檢測和右腿驅動等，這些特性對于高性能ECG系統(tǒng)至關重要。該器件可有效用于各種ECG系統(tǒng)，包括診斷心電圖儀、床邊病人監(jiān)護系統(tǒng)、動態(tài)監(jiān)護儀和心臟除顫器。ADAS1000的高性能使其非常適合開發(fā)出幫助醫(yī)生更精確地診斷各類影響人類心臟的病癥的高端診斷設備，同時其高集成度和低功耗特性又使其符合便攜式ECG產品。

 

ADAS1000 AFE在單封裝中實現了完整的ECG系統(tǒng)，基于該芯片實現的信號鏈BOM（材料清單）明顯縮減，從原來的多達50個器件減少到只需單芯片ADAS1000，外加幾個分立器件，極大的簡化了ECG系統(tǒng)的設計，并大大縮小了電路板面積。圖1的左邊電路是ECG模擬前端部分（右邊深色電路板為DSP主控功能電路），其中采用了兩塊ADAS1000芯片（其中一塊未貼片）以實現導連擴展。從圖中可以看到，電路非常干凈（事實上，該電路中為方便測試還增加了額外器件和布局考慮）。

 

功耗是便攜式ECG最重要的指標。通常病人需要隨身攜帶便攜式動態(tài)心電圖監(jiān)測儀連續(xù)一星期或幾天，以了解心臟的跳動規(guī)律，準確判斷心臟健康狀況，一般至少要保證8到10個小時的設備續(xù)航能力。就目前常用的鋰電池有限的容量來說對系統(tǒng)的低功耗設計提出了極大的挑戰(zhàn)，設計工程師必須采用具有更低功耗預算的解決方案。ADAS1000在設計時充分進行了低功耗優(yōu)化，并加入了可實現更低功耗的設計選項，可以最大程度地實現功耗和性能的均衡考慮。為降低功耗，您在使用ADAS1000時可以方便地禁用任何不用的通道或特性，可以關閉信號采集通道，降低采樣速率，或采用不同的數據幀速率，從而可以使一個導聯的最低功耗低至11mW，三導聯測量的功耗為14mW，5個ECG電極測量的工作功耗為19mW。此外，ADAS1000采用了一種靈活的功耗/噪聲調整選擇，可以針對特定應用以容忍適當噪聲來降低功耗，或以適當犧牲功耗為代價降低噪聲。

 

ADI公司在四年前曾推出業(yè)界首款在單芯片上集成完整八通道超聲接收器的器件AD9271 (http://www.analog.com/zh/ad9271)。ADI隨后又陸續(xù)推出其它八通道超聲接收器，包括用于中高端手推式超聲系統(tǒng)的AD9272 (http://www.analog.com/zh/ad9272)、用于便攜式超聲系統(tǒng)的AD9273 (http://www.analog.com/zh/ad9273)、以及支持高質量連續(xù)波（CW）多普勒處理的AD9276 (http://www.analog.com/zh/ad9276)和AD9277 (http://www.analog.com/zh/ad9277)。而年前推出的新型八通道超聲模擬前端AD9278和AD9279再次改寫了八通道超聲接收通道的性能：具有45dB的可變增益范圍、全差分信號路徑、有源輸入前置放大器終端、最大52dB的增益以及轉換速率高達80MSPS的模數轉換器。

 

 

AD927x的產品發(fā)展路徑體現了ADI公司追求醫(yī)療電子設備的高性能、高集成度、低功耗設計的技術發(fā)展要求：AD9272集成了LNA/VGA、ADC和抗混疊濾波器，克服了分立解決方案可能面臨的LNA/VGA、ADC和抗混疊濾波器器件間的匹配設計挑戰(zhàn)以及PCB布局，大大縮小了PCB尺寸；AD9276/7集成了CW多普勒調制器幫助系統(tǒng)設計工程師進一步提高相對于分立解決方案的噪聲性能；而AD9278和AD9279器件均集成了ADI公司全球領先的數據轉換技術，可實現低噪聲TGC（時間增益控制）模式性能，此外還具備高動態(tài)范圍I/Q解調器，可減小實現連續(xù)波（CW）多普勒處理所需的功耗和面積。此外，新款八通道超聲接收器提供最高水平的輸出端折合大信號 SNR（最高可達6dB），有助于提高診斷超聲系統(tǒng)的靈敏度，同時最多能將電路板空間縮減40%。

 

AD9278和AD9279這兩款產品均針對動態(tài)性能與低功耗而優(yōu)化，適合要求小封裝尺寸的應用。在CW模式下，AD9278具有每通道25 mW 的超低功耗，AD9279提供每通道50mW 的低功耗。在TGC模式下，AD9278在40MSPS 時的每通道功耗僅為88mW，AD9279在40MSPS時的每通道功耗僅為139mW。AD9278八通道超聲接收器設計用于便攜式超聲系統(tǒng)，AD9279則適合高端和中端系統(tǒng)。

 

 

ADI在推出這些最新高性能模擬器件的同時，基于其完備的模擬和數字器件產品與技術，還為工程師提供業(yè)界領先性能的全套核心配套器件選擇建議，并提供基于這些器件的完整評估系統(tǒng)。對于ADAS1000，配套器件包括Blackfin^® DSP（數字信號處理器）(http://www.analog.com/zh/blackfin)、單芯片USB隔離器ADuM4160 (http://www.analog.com/zh/adum4160)、四通道數字隔離器ADuM2401(http://www.analog.com/zh/adum2401)、5kV隔離 DC/DC轉換器ADuM6000 (http://www.analog.com/zh/adum6000)、無線ISM帶寬收發(fā)器ADF7023 (http://www.analog.com/

 

 

 

醫(yī)療電子一直是ADI重點關注的領域之一，針對醫(yī)療成像、病人監(jiān)護、醫(yī)療儀器儀表和消費/家庭護理產品，ADI公司提供豐富而全面的線性、混合信號、MEMS和數字信號處理技術。四年前率先成立了醫(yī)療保健事業(yè)部專注于醫(yī)療保健相關產品的技術研發(fā)以及對客戶的技術支持。基于全球領先的模擬和數字技術，ADI產品和技術持續(xù)贏得全球醫(yī)療電子設備廠商的廣泛應用，其一站式的高性能核心器件配套能力和技術支持能力贏得廠商的贊譽。