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芯片创新如何应对医疗电子系统级的挑战

时间：2020-02-03 16:58来源：电子发烧友

摘要：ADI针对CT等设备推出全新256通道、24位电流数字转换器模块ADAS1131，新款转换器据称可在任何吞吐速率下保持每通道功耗均为3mW，与仅集成128个通道的竞争器件相同。

近年来，医疗CT设备正向多层数、低X射线剂量、上市时间缩短、更低系统成本方向发展，这四大趋势不但要求ADC具有更高的集成度、更小的尺寸、更低的功耗以及极低的噪声，还要求芯片厂商能够提供系统级支持和参考设计，以及连贯的产品路线图。

“这些恰好是ADI的价值所在。”ADI公司亚太区医疗行业市场经理王胜说，相比五年前推出的ADAS1128，ADAS1131最显著的改进是将通道数由128提升到了256。“更高的层数是CT扫描仪能够提供更高图像质量的主要因素之一，而这势必要求增加处理图像所需的数据采集通道的数量，ADI通过降低数据采集电路每通道的成本，从而降低了CT系统的总成本。”



ADAS1131内置了256个低功耗、低噪声、低输入电流积分器、同步采样保持电路和提供可配置采样速率的两个高速ADC，还集成了所有相关内部缓冲器、用于数据采集的去耦和旁路电容，进一步减少了元件数量，简化了电路板布局。据了解，若实现同样的通道数目的数据采集，该器件所需PCB板面积比通道密度仅为其一半的器件大约少33%。借助0.8mm管脚间距封装特性，设计人员可以将ADAS1131安装在标准的PCB基板上，这种方案比要求激光过孔的高密度专用PCB基板成本低、成品率高。
　　
在与ADAS1128的PCB布局比较方面，ADAS1128采用双层模拟输入迂回布线，走线宽度和间距通常为3mil/3mil，采用激光、盲孔、埋孔过孔技术；ADAS1131则采用四层模拟输入迂回布线，走线宽度和间距可以是4mil/4mil，采用6mil通孔过孔技术，成本得以进一步降低。就封装而言，ADAS1128为10mm×10mm BGA封装，ADAS1131为15 mm×15 mm BGA封装。ADAS1131由于集成了电源和电压基准的电容，因此封装面积有所增加。但是从系统级的设计角度考虑，整体设计空间更为精简，且系统整体的性能、成本最优。
　　
医疗影像、体征信号监测、医疗仪表、消费/移动医疗是ADI当前在医疗保健市场重点专注的四大领域，基本覆盖了CT、超声、核磁成像、监护仪、心电图、血糖仪、心率HRM、生化分析仪、血液分析、运动监测、家庭诊疗等常见的医疗保健设备。


王胜表示，ADI对于医疗行业将主要聚焦于三方面：在医疗影像和体征信号监测领域，通过芯片集成关键模拟功能来实现系统突破；护理和家庭医疗方面，在提高性能和可靠性的同时降低成本和功耗，并改善互用性和易用性；第三，合并患者运动监护、诊断和无线通信，支持新一代远程医疗系统的关键构建模块。

他列举了几款ADI当前在市场上广受好评的产品及方案，包括：用于数字平板X光机的探测器前端ADAS1256COF，它是256通道高精度、高集成度Chip-on-Flex模拟前端模块，可实现单芯片多路电荷转化为数字，在多种功耗模式选项下都具有极佳的噪声性能和图像质量。ADAS1256具有每通道1 mW~3 mW的多功能功耗模式，允许制造商使用多种数字 X 射线成像手段，单个设备就能满足医疗设备设计人员对便携式及无线数字 X 射线产品不断增长的高性能需求。

专为中到高端便携和手推车式超声系统而设计的8通道超声接收器AD9671，集成片内标准的JESD204B串行接口。与其它数据接口标准相比，在实现同样数据吞吐量的情况下，可减少80%超声系统I/O数据线，在简化超声设备电路板设计的同时，更符合业界对更高数据速率、更多通道数和更佳图像分辨率的要求。

而随着便携医疗设备的迅速兴起，ADI也推出了专为健身设备、便携式/可穿戴式监控设备和远程健康监护设备的ECG信号调理要求而设计的单导联模拟前端AD8232，多导联的ADAS1000系列心电采集前端，可通过极低的成本和功耗完成心电图、心率监测、呼吸/起搏器脉冲检测等应用。除此以外，也陆续推出更具竞争优势的光电测量模块化方案。

此外，还有适用于便携式设备应用的ADuCM350MOC（Meter-On-Chip），它包括基于ARM Cortex-M3的处理器、内存和所有I/O连接，以支持带有显示、USB通信和有源传感器的便携式计量仪,可以测量电压，电流及阻抗信号，尤其是生理阻抗测量等。以及3轴加速度传感器ADXL362，号称业内功耗最低的加速度计，可用于计步器、跌倒检测、运动检测等应用。
 

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