Linear用于高可靠性醫療應用的混合信號解決方案

醫學(xué)和醫療方式的進(jìn)步使得有希望進(jìn)行更準確的診斷、采用新的治療方法以及對病人進(jìn)行更方便的醫療看護。從高分辨率成像系統到藥品提供系統和可植入電子產(chǎn)品，模擬和數字IC正在醫療領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越大的作用。這些儀器越來(lái)越多地要求高性能、小尺寸和低功率，而這正是凌力爾特優(yōu)于其他公司的領(lǐng)域。

此外，醫療費用上漲也在加速對便攜式設備需求的增長(cháng)，這類(lèi)設備能在醫院之外監視患者情況。存儲在設備中的醫療數據可下載到PC或以電子方式發(fā)送回醫院。便攜式解決方案需要非常準確的低功率采樣IC。凌力爾特公司提供非常適合各種不同醫療應用的創(chuàng )新產(chǎn)品組合，例如電子腦電圖儀(EEG)、心電圖(ECG)機、脈沖血氧計測量、血液分析、PET/SPECT和CT掃描儀、輸注/胰島素泵、血液透析機、生命體征監視器、醫療成像等醫療應用。本文介紹凌力爾特公司這類(lèi)創(chuàng )新產(chǎn)品組合中的一些新的產(chǎn)品線(xiàn)。

用于醫療監視的SAR ADC

諸如ECG/EEG和脈沖血氧計以及血液和體液分析應用等醫療監視需要精確和采樣率高達1Msps的模數轉換。視系統架構的不同而不同，12位至16位SAR型ADC是良好的選擇。這類(lèi)監視器系統的便攜性要求正在驅動(dòng)對低功率解決方案和小占板面積器件的需求。為滿(mǎn)足這類(lèi)需求，凌力爾特公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)器件系列。

LTC2383 16位、250ksps至1Msps ADC系列器件具4mmx3mm的小占板面積，提供了卓越的速度、分辨率和低功率(參見(jiàn)表1)。±2.5V的全差分輸入范圍實(shí)現了92dBSNR，在工業(yè)和汽車(chē)溫度范圍具有保證的THD性能規格。該系列器件在轉換之間自動(dòng)斷電，同時(shí)當采樣頻率降低時(shí)，線(xiàn)性地降低功耗。LTC2383在1Msps時(shí)僅消耗 13mW功率。該引腳和軟件兼容的系列包括LTC2382(500ksps、6.5mW)和LTC2381(250ksps、3.25mW)，這兩款器件具專(zhuān)有采樣架構，使ADC能在當前轉換期間開(kāi)始獲取下一個(gè)采樣值。這延長(cháng)了采樣時(shí)間，從而允許使用極低功率的ADC驅動(dòng)器，因此降低了整個(gè)數據采集解決方案的總功耗。LTC2383系列還提供明顯的BUSY和CHAIN引腳，以簡(jiǎn)化至微處理器的信號接口。LTC2383系列器件非常適用于多通道應用，例如外科設備中使用的光編碼器，在這類(lèi)應用中，功耗和小尺寸至關(guān)重要。

如果需要更寬的輸入動(dòng)態(tài)范圍，那么LTC2393 16位250ksps至1Msps ADC系列提供±4.096Vp-p的全差分輸入范圍，具94dB SNR性能，同時(shí)提供一個(gè)集成和精確的10ppm/oC(最大值)基準。LTC2393非常適用于需要高度集成解決方案的血液和體液分析以及脈沖血氧計應用。在1Msps時(shí)，功耗為135mW，使用該系列器件，可以選擇串行或并行接口。

在最近推出的LTC2379-18、18位1.6Msps SAR ADC中，凌力爾特公司的ADC設計師還實(shí)現了突破性的SNR性能。LTC2379-18不僅是最快的18位無(wú)延遲SAR ADC，而且還實(shí)現了無(wú)與倫比的101dB SNR基帶性能，同時(shí)僅消耗23mW功率。此外，該器件還提供一種數字壓縮方法，使得無(wú)需負軌就能使用ADC驅動(dòng)器。通過(guò)將輸入范圍調節至比滿(mǎn)標度小±500mV，該ADC可將調節后的范圍理解為滿(mǎn)標度輸入驅動(dòng)范圍，從而僅在最低限度降低SNR性能的情況下，利用所有數字代碼。這種數字壓縮方法允許使用具較低正電源電壓的單電源ADC驅動(dòng)器，去掉了產(chǎn)生負軌所需的成本?？傊?，這種方法提供了一種更低功率的解決方案。為了實(shí)現這種不打折扣的AC性能，建議使用快速穩定的、低噪聲LT635016位和18位ADC驅動(dòng)器。

適用于便攜式監視應用的增量累加ADC

醫療設備正在給家庭醫療保健市場(chǎng)帶來(lái)革命，使人們不用走出家門(mén)就能診斷各種健康問(wèn)題?？萍颊趯?shí)現自助護理保健系統，實(shí)現血壓、血糖、體溫等生命體征監控。

家庭醫療檢查和監視系統使人們能控制他們的健康狀況，但是這類(lèi)醫療設備必須快速、高效率和可靠地運行。隨著(zhù)便攜式醫療傳感器的演變，就無(wú)創(chuàng )護理而言，對更長(cháng)電池壽命和更小外形尺寸的需求變得更加關(guān)鍵了。

有些醫療測量需要模擬電路連續運行，每秒獲取成千上萬(wàn)甚至數百萬(wàn)讀數。而另一些醫療應用每天僅需要一個(gè)讀數。就這類(lèi)非經(jīng)常性的測試而言，模擬電路必須僅加電一次，進(jìn)行測量，然后處于閑置狀態(tài)，在一天的其余時(shí)間以低功率“休眠”模式運行。這類(lèi)IC需要提供低功率休眠或打盹模式，以在停機時(shí)實(shí)現低功耗。

凌力爾特公司為便攜式應用提供了纖巧、低成本、16位增量累加ADC系列(圖1)，應用包括：患者可戴在身上及具無(wú)線(xiàn)接口的ECG監視器、或體溫和葡萄糖監視器等。LTC2470系列提供高達1ksps的輸出速率，具有保證的無(wú)漏碼16位性能、SPI或I2C接口，并含有一個(gè)內部10ppm/oC基準，以確保最佳解決方案尺寸。

面向醫療成像的高速ADC

醫療成像應用采用種類(lèi)繁多的高性能數據轉換器。超聲、PET/SPECT、核磁共振成像(MRI)和X射線(xiàn)成像都采用多通道采樣系統來(lái)收集圖像數據。因為這類(lèi)應用需要非常寬的動(dòng)態(tài)范圍，所以ADC的動(dòng)態(tài)性能至關(guān)重要。要實(shí)現最佳性能，就需要高的信噪比和失真度(SINAD)以及無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)性能。此外，在MRI等應用中，采用欠采樣方法，寬帶寬采樣和保持性能是關(guān)鍵。凌力爾特公司已經(jīng)為成像應用開(kāi)發(fā)了一個(gè)高性能、低功率12位和14位多通道ADC產(chǎn)品線(xiàn)。該引腳兼容、同時(shí)采樣的4通道(LTC2175)和雙通道(LTC2268)ADC系列的采樣率從25Msps直至125Msps，在最高采樣率時(shí)，每通道僅消耗140mW功率(參見(jiàn)圖2)。關(guān)鍵特點(diǎn)包括：在14位、800MHz滿(mǎn)功率帶寬時(shí)具73.1dB SNR和88dB SFDR；串行LVDS輸出；低功率休眠和打盹模式。

就需要更高分辨率的應用而言，新的和具靈活數字輸出的低功率16位單通道和雙通道ADC系列提供優(yōu)于76.8dB的SNR和90dB的SFDR。單通道 LTC2165和雙通道LTC2185ADC系列提供了全速率CMOS或雙數據速率(DDR)CMOS/LVDS數字輸出的選擇。LTC2195系列包括具串行LVDS輸出、雙通道、同時(shí)采樣ADC。在125Msps采樣率時(shí)，這些ADC每通道僅從1.8V電源消耗185mW功率(參見(jiàn)圖3)，而且在每一個(gè)速度級上，每通道約為1.5mW/Msps。SPI接口實(shí)現可編程數字輸出定時(shí)、可編程LVDS輸出電流以及可選LVDS輸出終止。