便攜式醫療電子裝置的設計考慮
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根據移動(dòng)電話(huà)的演進(jìn)方式，有多項明顯趨勢是所有便攜式裝置都應該考慮的。以下將要討論的內容包括：I/O標準、USB端口的優(yōu)點(diǎn)、ESD保護的耐久性、以及使用模擬開(kāi)關(guān)來(lái)提高醫療裝置中 FPGA 和 ASIC 的功能性。
隨著(zhù) ASIC 和 FPGA 越來(lái)越普及，使用它們作為裝置的核心似乎是自然不過(guò)的決定。這種決定的初始成本優(yōu)勢是可以很容易計算出的，但重要的是還得考慮集成為一體化裝置所需要的各種器件。便攜式設計的核心工作電壓常常為2.5V或者更低，在脫離電池工作時(shí)這一點(diǎn)非常有用，可以利用一種升壓功率管理
如果在數據手冊中均列出了技術(shù)規范，ASIC 的 ESD 額定值約為 2kV HBM (人體模型)。對于便攜式醫療裝置中的內部接口，這不成為問(wèn)題，但是ESD會(huì )導致任何與外部連接器相連的硅器件失效。
對于這樣的情形，模擬開(kāi)關(guān)是十分理想的選擇。從視頻到數據 I/O 端口、乃至音頻耳機等連接器接口，都是模擬開(kāi)關(guān)所適合的應用。飛兆半導體是開(kāi)關(guān)市場(chǎng)中的領(lǐng)導者，這些開(kāi)關(guān)能夠輕易地支持 8kV HBM 保護，甚至超過(guò) 10kV；帶寬從幾千赫至最新式視頻開(kāi)關(guān)系列的超過(guò) 1GHz 的傳輸率。它們不僅可以保護 ASIC，還可以在接近芯片級的封裝中增添功能。它們的功能用語(yǔ)也就是標準開(kāi)關(guān)的用語(yǔ)，即 SPST 相應于單極單擲開(kāi)關(guān)；SPDT 則為雙擲。單個(gè)封裝中的開(kāi)關(guān)數量可以是1~4個(gè)，支持單端和差分接口。增加模擬開(kāi)關(guān)能夠帶來(lái)變化多樣的ASIC。例如，如果某個(gè)醫療裝置中有兩個(gè)獨立的傳感器 (如某個(gè)糖尿病檢測器中的兩個(gè)血液分析傳感器，一個(gè)作為備份；另一個(gè)作為精確測量)，可使用一個(gè) SPDT 開(kāi)關(guān)在 ASIC 和每個(gè)傳感器之間進(jìn)行切換。耳機端口可使用專(zhuān)用開(kāi)關(guān)，用來(lái)在兩個(gè)聲音發(fā)生器之間進(jìn)行切換，或者提供下沖保護，以避免在將耳機插入插孔時(shí)聽(tīng)到輕微的爆破聲。
所有便攜式裝置的一個(gè)重要特點(diǎn)就是添加存儲的能力。存儲卡的標準眾多，幾種最常見(jiàn)的標準是 SD、 MicroSD 以及 XD。為了避免使設計局限于使用一種存儲卡，使用模擬開(kāi)關(guān)便能夠實(shí)現添加兩個(gè)以上的存儲卡插槽。因為每次只能訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)存儲卡，所以不需要使用動(dòng)態(tài)集線(xiàn)器型開(kāi)關(guān)。SD卡發(fā)展到能夠將應用程序集成進(jìn)實(shí)際的存儲卡中。應用程序包括“藍牙”、Wi-Fi、指紋掃描器和GPS等，這種發(fā)展還在繼續。在便攜式設計中增加SD卡功能，將可以隨著(zhù)這些插卡得到發(fā)展時(shí)獲得益處。
如前所述，假如需要對各種視頻信號源進(jìn)行混合，也可以使用模擬開(kāi)關(guān)。對于便攜式醫療裝置，這并不是常見(jiàn)的要求，但是在其它所有類(lèi)型的便攜式裝置上，視頻輸出連接器已經(jīng)愈來(lái)愈普遍。移動(dòng)電話(huà)已經(jīng)開(kāi)始增加這類(lèi)功能，主要用于瀏覽附帶相機拍攝的照片。那么為什么要在醫療裝置上設置視頻輸出端口？
因為復合視頻輸出能夠讓用者完整地回顧所有記錄、或者用于以全尺寸回放視頻。圖形處理常常是 ASIC 供應商提供的一種選項，但是還需要一個(gè)視頻驅動(dòng)器的驅動(dòng)電纜。飛兆半導體的最新型 FMS6501 是一款超小型的集成式視頻濾波器和線(xiàn)路驅動(dòng)器，同時(shí)可提供 ESD 保護。
不管是否存在視頻端口，這種器件都必須具有輸入和輸出外部數據的方法。如果這個(gè)端口也是電池充電的主要端口就更加理想。獲廣泛采用的 I/O 端口的通用串行總線(xiàn) (USB) 標準正好能做到這點(diǎn)，而且已經(jīng)幾乎取代了以前的串行連接。隨著(zhù) USB 技術(shù)變得日趨成熟，USB 將擁有更多的選項。USB OTG (On The Go) 不需要使用 PC 來(lái)建立通信連接，就可以將醫療裝置直接與打印機相連。此外，無(wú)線(xiàn) USB帶來(lái)了更多的便利。在這種情況下，主要的決定是將 USB 收發(fā)器與 ASIC 集成還是使用獨立的 PHY 級收發(fā)器。使用分立式收發(fā)器方式的優(yōu)點(diǎn)類(lèi)似于上述使用模擬開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。它們省掉了 ASIC 用于復雜 I/O 的接腳，并為昂貴的核心器件提供 ESD 緩沖。飛兆半導體的 USB 收發(fā)器的ESD 保護達到 15kV，為業(yè)界的最高水平。PC 中的 USB 端口亦可通過(guò) Vbus 接腳來(lái)提供500mA 下5V的電源。該電源可用來(lái)以同步方式為裝置提供能量，甚至可以用來(lái)為電池充電。請參照 USB 標準來(lái)保證與電源技術(shù)規范兼容，有可能需要在端口上同時(shí)設置一個(gè)限流裝置，例如飛兆半導體的 Intellimax(r) 器件。
醫療消費品追求的是易用、耐用和精確。便攜技術(shù)的潛能已經(jīng)顯現，并在當今移動(dòng)電話(huà)業(yè)中得到驗證，希望只需維持盡可能少的便攜器件。醫療界必須走類(lèi)似的發(fā)展道路，例如：一體化血液分析儀、體溫計、以及血壓裝置。當醫療裝置通過(guò) USB 端口與 PC 的分析能力相結合時(shí)，患者便能夠進(jìn)行精確測試并全程跟蹤。了解這些小信號領(lǐng)域中前沿 IC，將可開(kāi)發(fā)出更優(yōu)秀的終端醫療產(chǎn)品。
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