緊湊的四輸出降壓型穩(wěn)壓器解決方案加速采用數(shù)字內(nèi)窺鏡

　　1內(nèi)窺鏡發(fā)展歷史

　　大多數(shù)歷史學(xué)家都認為，Bozzini 的 Lichleiter 是第一個與我們今天所知的內(nèi)窺鏡相似的設(shè)備。該設(shè)備于 19 世紀(jì)初發(fā)明，它很不靈活，用傾斜的鏡子將圖像投射到醫(yī)生眼中，只用一根蠟燭照明，圖像質(zhì)量很差。之后大約在 20 世紀(jì)，照明方法有了改進，幾位發(fā)明家發(fā)明了一種方法，用攝像機捕獲內(nèi)窺鏡靜止圖像。到了 20 世紀(jì) 50 年代，日本的先驅(qū)者 Mori 和 Yamadori 用內(nèi)窺鏡在世界上首次記錄了運動影像，記錄的是生產(chǎn)過程。那個時代的攝影和運動影像記錄技術(shù)的缺點是，圖像不能共享，不能實時處理。我們不斷沿著這些先驅(qū)們開拓的道路前進?，F(xiàn)在，現(xiàn)代數(shù)字成像技術(shù)支持這些功能，而且分辨率比以往任何時候都高。

　　2 邁進采用數(shù)字內(nèi)窺鏡

　　21 世紀(jì)，CMOS圖像傳感器已經(jīng)達到了醫(yī)療專業(yè)人員尋求的圖像分辨率和低功耗規(guī)格。這類圖像傳感器以高達全 HD (1980 x 1080 像素) 及更高的分辨率提供高質(zhì)量圖像。有些公司超越了標(biāo)準(zhǔn) 2D HD 圖像技術(shù)，推出了 3D 立體內(nèi)窺鏡。功耗 (及其導(dǎo)致的溫度上升) 也是一個重要因素，因為CMOS傳感器常常置于內(nèi)窺鏡末端的攝像頭內(nèi)，其大小設(shè)計為方便手術(shù)團隊人手操作，以定位鏡頭，呈現(xiàn)想要的圖像。現(xiàn)代CMOS傳感器的高圖像分辨率和低功耗是人們對數(shù)字內(nèi)窺鏡產(chǎn)生濃厚興趣的基礎(chǔ)。而這當(dāng)然要配備有足夠處理能力。

　　3 增加數(shù)字處理功能占用空間就會減少負載點穩(wěn)壓器的 PCB 面積

　　不足為怪的是，建立、顯示、操作、分配和存儲這些 CMOS 傳感器產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，需要大量數(shù)字處理能力，這種能力常常由攝像機控制單元 (CCU) 提供。典型內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的主要組件包括圖像處理器、一個或多個FPGA、存儲器、A/D 轉(zhuǎn)換器、視頻顯示端口和以太網(wǎng)控制器，這些組件必須集成在一起，以支持上述功能。接下來，這些器件大部分需要多個輸入電壓工作。這就給設(shè)計工程師帶來了挑戰(zhàn)，即如何在更小的空間中支持顯著增加的電源軌。

　　為了方便所有這些數(shù)字組件的集成，使患者和醫(yī)生同樣受益，凌力爾特推出了節(jié)省空間的LTM4644，這是一款 14V_IN四輸出降壓型微型模塊 (μModule)穩(wěn)壓器。LTM4644在雙面 PCB 上占用 2.3cm x 1.5cm 空間 (參見圖 1)，可調(diào)節(jié)四個輸出電壓，每個電壓提供高達 4A 電流，以滿足數(shù)字內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中FPGA以及其他數(shù)字處理器的功率要求 (參見圖 2)。相比之下，其他廠商所提供類似可比的降壓型模塊解決方案需要的 PCB 面積則是LTM4644的 4 倍。此外，憑借可均流輸出，這款降壓型微型模塊穩(wěn)壓器使工程師能夠靈活配置穩(wěn)壓器，配置為單 (16A)、雙 (12A、4A 或 8A、8A)、三 (8A、4A、4A) 或四 (每個 4A) 輸出。這種靈活性使內(nèi)窺鏡系統(tǒng)工程師僅用一個簡單和緊湊的微型模塊穩(wěn)壓器就能夠滿足FPGA、ASIC、微處理器和電路板上其他電路的各種電壓和負載電流要求。

　　整個LTM4644解決方案在雙面 PCB (背面有一個電容器和四個電阻器) 上占用 3.5cm2 面積。

　　LTM4644微型模塊穩(wěn)壓器在 4V 至 14V (或有外部偏置時為 2.375V 至 14V) 輸入范圍內(nèi)，支持多達四個單獨的輸出電壓軌，每輸出提供高達 4A 電流，以支持FPGA、其他數(shù)字處理器、存儲器和支持性模擬電路的功率需求。構(gòu)成一個完整的解決方案僅需要 6 個外部陶瓷電容器 (1206 外殼尺寸) 和4 個電阻器。

　　為了節(jié)省空間和設(shè)計時間，LTM4644四輸出穩(wěn)壓器在 9mm x 15mm x 5.01mm BGA 封裝中納入了 DC/DC 控制器、功率開關(guān)、電感器和補償電路。4V 至 14V 輸入電源 (或當(dāng)使用外部偏置電源時為 2.375V 至 14V) 為每個穩(wěn)壓器通道供電，提供可在 0.6V 至 5.5V 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定輸出電壓，在電壓、負載和溫度范圍內(nèi)，其準(zhǔn)確度為 ±1.5%。無論輸出均流與否，單獨的輸入電源引腳允許工程師為滿足功率預(yù)算要求，用不同的電源軌為四個通道供電。還可以采取另一種措施減小解決方案占板面積和成本。LTM4644 中的四個開關(guān)以相同頻率和 90 度相差工作，可將輸入電容減小一半的情況下得到相同的輸入紋波性能。因此，當(dāng)用相同的輸入電源工作時，四輸出配置僅需要 6 個外部陶瓷電容器 (1206 外殼尺寸) 和 4 個反饋電阻 (0603 外殼尺寸或更小)。LTM4644 采用小型 BGA 封裝，所需外部組件非常少，可構(gòu)成目前最小的四輸出 4A DC/DC 降壓型解決方案。

　　除此之外，LTM4644還具有良好控制的上電排序功能。

　　LTM4644 的單輸出版本 LTM4624，是另一種更小的解決方案，適用于任何遺漏的電源軌。

　　4 結(jié)論

　　越來越多地使用數(shù)字內(nèi)窺鏡可為患者及醫(yī)生帶來極大的好處。CMOS圖像傳感器以足夠低的工作溫度，于人體內(nèi)建立圖像分辨率足夠高的數(shù)字圖像和視頻，適合手術(shù)團隊用來捕獲所需部位的圖像。這些圖像和視頻可以非常容易地存儲、增強和共享，幫助實現(xiàn)更有效、更快速和成本更低的治療，使患者及其家屬和醫(yī)療團隊受益。完成這三大任務(wù)需要一組數(shù)字處理器、存儲器、A/D 轉(zhuǎn)換器、視頻顯示端口和一個以太網(wǎng)控制器，這些組件增大了所占用的 PCB 面積。因此，負載點穩(wěn)壓器必須在占用更小空間的同時，支持更多的電壓軌，以保持內(nèi)窺鏡系統(tǒng)尺寸不變。LTM4644 和 LTM4624 降壓型微型模塊穩(wěn)壓器提供了一種簡單、緊湊的解決方案，專為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)而設(shè)計。