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芯片創新如何應對醫療電子系統級的挑戰

2020-01-30
來源:電子發燒友
關鍵詞: 芯片技術 醫療電子

  ADI針對CT等設備推出全新256通道、24位電流數字轉換器模塊ADAS1131,新款轉換器據稱可在任何吞吐速率下保持每通道功耗均為3mW,與僅集成128個通道的競爭器件相同。

  近年來,醫療CT設備正向多層數、低X射線劑量、上市時間縮短、更低系統成本方向發展,這四大趨勢不但要求ADC具有更高的集成度、更小的尺寸、更低的功耗以及極低的噪聲,還要求芯片廠商能夠提供系統級支持和參考設計,以及連貫的產品路線圖。

  “這些恰好是ADI的價值所在。”ADI公司亞太區醫療行業市場經理王勝說,相比五年前推出的ADAS1128,ADAS1131最顯著的改進是將通道數由128提升到了256。“更高的層數是CT掃描儀能夠提供更高圖像質量的主要因素之一,而這勢必要求增加處理圖像所需的數據采集通道的數量,ADI通過降低數據采集電路每通道的成本,從而降低了CT系統的總成本。”

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  ADAS1131內置了256個低功耗、低噪聲、低輸入電流積分器、同步采樣保持電路和提供可配置采樣速率的兩個高速ADC,還集成了所有相關內部緩沖器、用于數據采集的去耦和旁路電容,進一步減少了元件數量,簡化了電路板布局。據了解,若實現同樣的通道數目的數據采集,該器件所需PCB板面積比通道密度僅為其一半的器件大約少33%。借助0.8mm管腳間距封裝特性,設計人員可以將ADAS1131安裝在標準的PCB基板上,這種方案比要求激光過孔的高密度專用PCB基板成本低、成品率高。

  在與ADAS1128的PCB布局比較方面,ADAS1128采用雙層模擬輸入迂回布線,走線寬度和間距通常為3mil/3mil,采用激光、盲孔、埋孔過孔技術;ADAS1131則采用四層模擬輸入迂回布線,走線寬度和間距可以是4mil/4mil,采用6mil通孔過孔技術,成本得以進一步降低。就封裝而言,ADAS1128為10mm×10mm BGA封裝,ADAS1131為15 mm×15 mm BGA封裝。ADAS1131由于集成了電源和電壓基準的電容,因此封裝面積有所增加。但是從系統級的設計角度考慮,整體設計空間更為精簡,且系統整體的性能、成本最優。

  醫療影像、體征信號監測、醫療儀表、消費/移動醫療是ADI當前在醫療保健市場重點專注的四大領域,基本覆蓋了CT、超聲、核磁成像、監護儀、心電圖、血糖儀、心率HRM、生化分析儀、血液分析、運動監測、家庭診療等常見的醫療保健設備。

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  王勝表示,ADI對于醫療行業將主要聚焦于三方面:在醫療影像和體征信號監測領域,通過芯片集成關鍵模擬功能來實現系統突破;護理和家庭醫療方面,在提高性能和可靠性的同時降低成本和功耗,并改善互用性和易用性;第三,合并患者運動監護、診斷和無線通信,支持新一代遠程醫療系統的關鍵構建模塊。

  他列舉了幾款ADI當前在市場上廣受好評的產品及方案,包括:用于數字平板X光機的探測器前端ADAS1256COF,它是256通道高精度、高集成度Chip-on-Flex模擬前端模塊,可實現單芯片多路電荷轉化為數字,在多種功耗模式選項下都具有極佳的噪聲性能和圖像質量。ADAS1256具有每通道1 mW~3 mW的多功能功耗模式,允許制造商使用多種數字 X 射線成像手段,單個設備就能滿足醫療設備設計人員對便攜式及無線數字 X 射線產品不斷增長的高性能需求。

  專為中到高端便攜和手推車式超聲系統而設計的8通道超聲接收器AD9671,集成片內標準的JESD204B串行接口。與其它數據接口標準相比,在實現同樣數據吞吐量的情況下,可減少80%超聲系統I/O數據線,在簡化超聲設備電路板設計的同時,更符合業界對更高數據速率、更多通道數和更佳圖像分辨率的要求。

  而隨著便攜醫療設備的迅速興起,ADI也推出了專為健身設備、便攜式/可穿戴式監控設備和遠程健康監護設備的ECG信號調理要求而設計的單導聯模擬前端AD8232,多導聯的ADAS1000系列心電采集前端,可通過極低的成本和功耗完成心電圖、心率監測、呼吸/起搏器脈沖檢測等應用。除此以外,也陸續推出更具競爭優勢的光電測量模塊化方案。

  此外,還有適用于便攜式設備應用的ADuCM350MOC(Meter-On-Chip),它包括基于ARM Cortex-M3的處理器、內存和所有I/O連接,以支持帶有顯示、USB通信和有源傳感器的便攜式計量儀,可以測量電壓,電流及阻抗信號,尤其是生理阻抗測量等。以及3軸加速度傳感器ADXL362,號稱業內功耗最低的加速度計,可用于計步器、跌倒檢測、運動檢測等應用。


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