高性能模擬器件兼顧醫(yī)療設(shè)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(guān)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(xué)的輔助產(chǎn)品使用，可以用于實現(xiàn)計算機斷層掃描(CT)，磁共振成像(MRI)的結(jié)果判讀。其實，iPad的醫(yī)療應(yīng)用早已有之且并不僅限于此，在iPad的3萬多種應(yīng)用程序有中，醫(yī)療類別的有504種（數(shù)據(jù)截止于2010年9月）。

 

對醫(yī)療設(shè)備、特別是便攜式醫(yī)療保健設(shè)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(chǎn)品策略的借鑒，尤其是蘋果在iPad產(chǎn)品的便攜性能設(shè)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(shè)備的便攜性、低功耗已經(jīng)成為一種趨勢：原來只有在大醫(yī)院使用的大型醫(yī)療設(shè)備將呈現(xiàn)小型化、低成本化以及更便于使用等發(fā)展趨勢，以適應(yīng)基層醫(yī)療機構(gòu)建設(shè)的需求；隨著人口老齡化問題的加劇，家用監(jiān)護式的應(yīng)用也是一個發(fā)展趨勢。除了現(xiàn)在已經(jīng)有較多應(yīng)用的家用血糖、血壓檢測外，預(yù)計未來心電圖等設(shè)備也許走入家庭，在您的產(chǎn)品設(shè)計中如果能像蘋果一樣把握住這種趨勢的話必將占據(jù)先機。

 

在2011年深圳舉辦的國際集成電路展上，全球領(lǐng)先的高性能信號處理解決方案供應(yīng)商及醫(yī)療設(shè)備行業(yè)的供應(yīng)商ADI公司( http://www.analog.com/zh)就展出了多個系列的醫(yī)用產(chǎn)品解決方案，包括最新推出的低功耗、可實現(xiàn)診斷級心電圖（ECG）應(yīng)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(chǎn)品及解決方案除了具有ADI一直以來業(yè)界領(lǐng)先的高精度，更憑借對醫(yī)療系統(tǒng)設(shè)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(nèi)部解決了以前分立解決方案設(shè)計中所面臨的諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，高集成度、低功耗特性更引領(lǐng)了醫(yī)療設(shè)備便攜化技術(shù)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(xiàn)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(chǎn)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(dǎo)聯(lián)內(nèi)核ECG測量與支持功能，包括導(dǎo)聯(lián)斷開檢測和右腿驅(qū)動等，這些特性對于高性能ECG系統(tǒng)至關(guān)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(shè)備，同時其高集成度和低功耗特性又使其符合便攜式ECG產(chǎn)品。

 

ADAS1000 AFE在單封裝中實現(xiàn)了完整的ECG系統(tǒng)，基于該芯片實現(xiàn)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(shè)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(xiàn)導(dǎo)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(shè)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(shè)計提出了極大的挑戰(zhàn)，設(shè)計工程師必須采用具有更低功耗預(yù)算的解決方案。ADAS1000在設(shè)計時充分進行了低功耗優(yōu)化，并加入了可實現(xiàn)更低功耗的設(shè)計選項，可以最大程度地實現(xiàn)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(guān)閉信號采集通道，降低采樣速率，或采用不同的數(shù)據(jù)幀速率，從而可以使一個導(dǎo)聯(lián)的最低功耗低至11mW，三導(dǎo)聯(lián)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(diào)整選擇，可以針對特定應(yīng)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(zhì)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(zhuǎn)換速率高達80MSPS的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

 

 

AD927x的產(chǎn)品發(fā)展路徑體現(xiàn)了ADI公司追求醫(yī)療電子設(shè)備的高性能、高集成度、低功耗設(shè)計的技術(shù)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(shè)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(diào)制器幫助系統(tǒng)設(shè)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(lǐng)先的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，可實現(xiàn)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(diào)器，可減小實現(xiàn)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(chǎn)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(yīng)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(shè)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(shù)字器件產(chǎn)品與技術(shù)，還為工程師提供業(yè)界領(lǐng)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(shù)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(shù)字隔離器ADuM2401(http://www.analog.com/zh/adum2401)、5kV隔離 DC/DC轉(zhuǎn)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(guān)注的領(lǐng)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(chǎn)品，ADI公司提供豐富而全面的線性、混合信號、MEMS和數(shù)字信號處理技術(shù)。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(guān)產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)以及對客戶的技術(shù)支持?；谌蝾I(lǐng)先的模擬和數(shù)字技術(shù)，ADI產(chǎn)品和技術(shù)持續(xù)贏得全球醫(yī)療電子設(shè)備廠商的廣泛應(yīng)用，其一站式的高性能核心器件配套能力和技術(shù)支持能力贏得廠商的贊譽。