Linear用于高可靠性醫療應用的混合信號解決方案

面向醫療成像的電源管理

今天的高可靠性醫療系統需要復雜的數字電源管理解決方案，以對大量電壓軌進(jìn)行排序、監察、監視和裕度調節。一個(gè)應用電路板有幾十個(gè)軌的情況并非不常見(jiàn)，而且每一個(gè)軌都有自己獨特的要求。典型情況下，這類(lèi)系統的電源管理解決方案要求由FPGA或微控制器控制的幾個(gè)分立器件分布于電路板各處，以對電源陣列進(jìn)行排序、檢查、監視和裕度調節。采用這種方案時(shí)，需要大量時(shí)間和工作量來(lái)開(kāi)發(fā)必要的固件。

具EEPROM的LTC29788通道數字電源管理器(圖4)為醫療系統設計師提供了一款集成和模塊化的解決方案，與微控制器解決方案相比，該方案減少了調試時(shí)間和工作量。LTC2978可以對8個(gè)電源進(jìn)行排序接通、排序斷開(kāi)、監視、檢查、裕度調節和微調。多個(gè)LTC2978可以非常容易地利用單條共享時(shí)鐘總線(xiàn)以及一個(gè)或多個(gè)雙向故障引腳(圖1顯示了一個(gè)典型應用)進(jìn)行級聯(lián)，以在單條I2C地址總線(xiàn)上控制多達72個(gè)軌。

圖4：具EEPROM的LTC29788通道數字電源管理器

此外，如果關(guān)鍵系統出現故障，那么LTC2978就用一種受保護的非易失性存儲器構件來(lái)記錄系統電壓和故障信息。在非易失性存儲器中保留關(guān)鍵系統數據，使用戶(hù)能識別故障電壓軌，并在系統開(kāi)發(fā)、測試調試或故障分析時(shí)隔離電路板故障源。

LTC2978運用業(yè)界標準PMBus指令協(xié)議，以簡(jiǎn)化固件開(kāi)發(fā)。LTC2978最重要的特點(diǎn)是其精確的集成基準和15位增量累加ADC，當測量或調節電源電壓時(shí)，該基準和ADC提供±0.25%的絕對準確度。

LTC2978 成功的關(guān)鍵是凌力爾特公司的LTpower PlayTM軟件工具，LTpowerPlay是一款可免費下載的軟件，提供圖形PC界面，在設計和測試中方便了與該器件的互動(dòng)。LTpowerPlay 軟件工具為使用LTC2978的功能提供了一種簡(jiǎn)單易用且非常強大的配置工具。該軟件工具也將支持凌力爾特公司未來(lái)的數字電源管理器件。

為保護患者而產(chǎn)生的隔離要求

設計醫療產(chǎn)品時(shí)，一個(gè)重要的考慮因素是，接觸患者的產(chǎn)品要滿(mǎn)足IEC60601-1的4kV隔離額定值。此外，要求低勢壘電容，以幫助最大限度地減少醫療設備的漏電流?；颊呋虿僮魅藛T可能接觸到的機殼漏電流稱(chēng)為“接觸電流”。IEC60601規定，在正常工作時(shí)，該電流的限制為100A，在發(fā)生單個(gè)故障情況下，該電流的限制為500A。另一種漏電流測試標準規定了總的患者漏電流，該項規定量度的是，當醫療設備工作所需的所有應用部件與患者接觸時(shí)產(chǎn)生的漏電流。

按照IEC60601-1標準，隔離勢壘上的所有組件都須在持續1分鐘的時(shí)間內滿(mǎn)足4000VAC(或5600VDC)的隔離要求。該標準還定義了患者保護方法(MOPP)，該方法描述了降低患者受電擊風(fēng)險所需的隔離保護。該隔離保護包括爬電距離/間隙距離、絕緣及保護性接地線(xiàn)路。

凌力爾特公司用一個(gè)隔離器件產(chǎn)品線(xiàn)幫助滿(mǎn)足了這些要求，該系列器件提供集成的電源，無(wú)需外部組件就可提供高達5kVRMS的隔離。該系列的第一批產(chǎn)品包括 2.5kV RMS LTM2881隔離式RS485(圖5)和LTM2882雙通道隔離式RS232微型模塊(μModule?)收發(fā)器，2011年年初推出5kV的引腳兼容版本。兩款產(chǎn)品都含有一個(gè)隔離式、效率高達65%的1W DC/DC轉換器，在5V穩定輸出時(shí)提供超出所需的功率。從耦合電容、二極管到甚至可切換的終端電阻器(LTM2881)，所有組件都集成到模塊中。在收發(fā)器引腳上以及跨隔離勢壘兩端很強的ESD保護確保無(wú)閉鎖或損壞。這些新的器件提供了一種非常堅固、甚至經(jīng)歷30kV/μs瞬態(tài)事件都能提供連續通信的解決方案。 LTM2881和LTM2882提供了一種低EMI解決方案，如果遵循良好的布局實(shí)踐，那么該方案可滿(mǎn)足EN55022B類(lèi)輻射要求。

圖5：完整的隔離式RS485/RS422微型模塊收發(fā)器+1W功率的LTM2881

結論

凌力爾特公司提供種類(lèi)繁多的通用混合信號產(chǎn)品，這些產(chǎn)品提供很高的模擬性能，專(zhuān)注于效率和靈活性，以滿(mǎn)足醫療應用需求。因為醫療產(chǎn)品可能需要很多年才能投入生產(chǎn)，所以在設計時(shí)能充分相信器件將持續供貨這一點(diǎn)是很重要。凌力爾特公司有一項政策，即不淘汰器件，并努力持續支持所有已推出的產(chǎn)品。

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