Linear用于高可靠性醫(yī)療應用的混合信號解決方案

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

此外，醫(yī)療費用上漲也在加速對便攜式設備需求的增長，這類設備能在醫(yī)院之外監(jiān)視患者情況。存儲在設備中的醫(yī)療數(shù)據(jù)可下載到PC或以電子方式發(fā)送回醫(yī)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(yī)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(jiān)視器、醫(yī)療成像等醫(yī)療應用。本文介紹凌力爾特公司這類創(chuàng)新產(chǎn)品組合中的一些新的產(chǎn)品線。

用于醫(yī)療監(jiān)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(yī)療監(jiān)視需要精確和采樣率高達1Msps的模數(shù)轉換。視系統(tǒng)架構的不同而不同，12位至16位SAR型ADC是良好的選擇。這類監(jiān)視器系統(tǒng)的便攜性要求正在驅動對低功率解決方案和小占板面積器件的需求。為滿足這類需求，凌力爾特公司已經(jīng)開發(fā)了一個器件系列。

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(參見表1)。±2.5V的全差分輸入范圍實現(xiàn)了92dBSNR，在工業(yè)和汽車溫度范圍具有保證的THD性能規(guī)格。該系列器件在轉換之間自動斷電，同時當采樣頻率降低時，線性地降低功耗。LTC2383在1Msps時僅消耗 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)，這兩款器件具專有采樣架構，使ADC能在當前轉換期間開始獲取下一個采樣值。這延長了采樣時間，從而允許使用極低功率的ADC驅動器，因此降低了整個數(shù)據(jù)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，在這類應用中，功耗和小尺寸至關重要。

如果需要更寬的輸入動態(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，同時提供一個集成和精確的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，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設計師還實現(xiàn)了突破性的SNR性能。LTC2379-18不僅是最快的18位無延遲SAR ADC，而且還實現(xiàn)了無與倫比的101dB SNR基帶性能，同時僅消耗23mW功率。此外，該器件還提供一種數(shù)字壓縮方法，使得無需負軌就能使用ADC驅動器。通過將輸入范圍調節(jié)至比滿標度小±500mV，該ADC可將調節(jié)后的范圍理解為滿標度輸入驅動范圍，從而僅在最低限度降低SNR性能的情況下，利用所有數(shù)字代碼。這種數(shù)字壓縮方法允許使用具較低正電源電壓的單電源ADC驅動器，去掉了產(chǎn)生負軌所需的成本?？傊@種方法提供了一種更低功率的解決方案。為了實現(xiàn)這種不打折扣的AC性能，建議使用快速穩(wěn)定的、低噪聲LT635016位和18位ADC驅動器。

適用于便攜式監(jiān)視應用的增量累加ADC

醫(yī)療設備正在給家庭醫(yī)療保健市場帶來革命，使人們不用走出家門就能診斷各種健康問題?？萍颊趯崿F(xiàn)自助護理保健系統(tǒng)，實現(xiàn)血壓、血糖、體溫等生命體征監(jiān)控。

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

有些醫(yī)療測量需要模擬電路連續(xù)運行，每秒獲取成千上萬甚至數(shù)百萬讀數(shù)。而另一些醫(yī)療應用每天僅需要一個讀數(shù)。就這類非經(jīng)常性的測試而言，模擬電路必須僅加電一次，進行測量，然后處于閑置狀態(tài)，在一天的其余時間以低功率“休眠”模式運行。這類IC需要提供低功率休眠或打盹模式，以在停機時實現(xiàn)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線接口的ECG監(jiān)視器、或體溫和葡萄糖監(jiān)視器等。LTC2470系列提供高達1ksps的輸出速率，具有保證的無漏碼16位性能、SPI或I2C接口，并含有一個內部10ppm/oC基準，以確保最佳解決方案尺寸。

面向醫(yī)療成像的高速ADC

醫(yī)療成像應用采用種類繁多的高性能數(shù)據(jù)轉換器。超聲、PET/SPECT、核磁共振成像(MRI)和X射線成像都采用多通道采樣系統(tǒng)來收集圖像數(shù)據(jù)。因為這類應用需要非常寬的動態(tài)范圍，所以ADC的動態(tài)性能至關重要。要實現(xiàn)最佳性能，就需要高的信噪比和失真度(SINAD)以及無寄生動態(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鍵。凌力爾特公司已經(jīng)為成像應用開發(fā)了一個高性能、低功率12位和14位多通道ADC產(chǎn)品線。該引腳兼容、同時采樣的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，每通道僅消耗140mW功率(參見圖2)。關鍵特點包括：在14位、800MHz滿功率帶寬時具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(shù)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(shù)據(jù)速率(DDR)CMOS/LVDS數(shù)字輸出的選擇。LTC2195系列包括具串行LVDS輸出、雙通道、同時采樣ADC。在125Msps采樣率時，這些ADC每通道僅從1.8V電源消耗185mW功率(參見圖3)，而且在每一個速度級上，每通道約為1.5mW/Msps。SPI接口實現(xiàn)可編程數(shù)字輸出定時、可編程LVDS輸出電流以及可選LVDS輸出終止。