Linear用于高可靠性醫(yī)療應(yīng)用的混合信號解決方案

面向醫(yī)療成像的電源管理

今天的高可靠性醫(yī)療系統(tǒng)需要復(fù)雜的數(shù)字電源管理解決方案，以對大量電壓軌進(jìn)行排序、監(jiān)察、監(jiān)視和裕度調(diào)節(jié)。一個(gè)應(yīng)用電路板有幾十個(gè)軌的情況并非不常見，而且每一個(gè)軌都有自己獨(dú)特的要求。典型情況下，這類系統(tǒng)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(jiān)視和裕度調(diào)節(jié)。采用這種方案時(shí)，需要大量時(shí)間和工作量來開發(fā)必要的固件。

具EEPROM的LTC29788通道數(shù)字電源管理器(圖4)為醫(yī)療系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diào)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、監(jiān)視、檢查、裕度調(diào)節(jié)和微調(diào)。多個(gè)LTC2978可以非常容易地利用單條共享時(shí)鐘總線以及一個(gè)或多個(gè)雙向故障引腳(圖1顯示了一個(gè)典型應(yīng)用)進(jìn)行級聯(lián)，以在單條I2C地址總線上控制多達(dá)72個(gè)軌。

圖4：具EEPROM的LTC29788通道數(shù)字電源管理器

此外，如果關(guān)鍵系統(tǒng)出現(xiàn)故障，那么LTC2978就用一種受保護(hù)的非易失性存儲器構(gòu)件來記錄系統(tǒng)電壓和故障信息。在非易失性存儲器中保留關(guān)鍵系統(tǒng)數(shù)據(jù)，使用戶能識別故障電壓軌，并在系統(tǒng)開發(fā)、測試調(diào)試或故障分析時(shí)隔離電路板故障源。

LTC2978運(yùn)用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)PMBus指令協(xié)議，以簡化固件開發(fā)。LTC2978最重要的特點(diǎn)是其精確的集成基準(zhǔn)和15位增量累加ADC，當(dāng)測量或調(diào)節(jié)電源電壓時(shí)，該基準(zhǔn)和ADC提供±0.25%的絕對準(zhǔn)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(fèi)下載的軟件，提供圖形PC界面，在設(shè)計(jì)和測試中方便了與該器件的互動。LTpowerPlay 軟件工具為使用LTC2978的功能提供了一種簡單易用且非常強(qiáng)大的配置工具。該軟件工具也將支持凌力爾特公司未來的數(shù)字電源管理器件。

為保護(hù)患者而產(chǎn)生的隔離要求

設(shè)計(jì)醫(yī)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(yī)療設(shè)備的漏電流?；颊呋虿僮魅藛T可能接觸到的機(jī)殼漏電流稱為“接觸電流”。IEC60601規(guī)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了總的患者漏電流，該項(xiàng)規(guī)定量度的是，當(dāng)醫(yī)療設(shè)備工作所需的所有應(yīng)用部件與患者接觸時(shí)產(chǎn)生的漏電流。

按照IEC60601-1標(biāo)準(zhǔn)，隔離勢壘上的所有組件都須在持續(xù)1分鐘的時(shí)間內(nèi)滿足4000VAC(或5600VDC)的隔離要求。該標(biāo)準(zhǔn)還定義了患者保護(hù)方法(MOPP)，該方法描述了降低患者受電擊風(fēng)險(xiǎn)所需的隔離保護(hù)。該隔離保護(hù)包括爬電距離/間隙距離、絕緣及保護(hù)性接地線路。

凌力爾特公司用一個(gè)隔離器件產(chǎn)品線幫助滿足了這些要求，該系列器件提供集成的電源，無需外部組件就可提供高達(dá)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(dá)65%的1W DC/DC轉(zhuǎn)換器，在5V穩(wěn)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(qiáng)的ESD保護(hù)確保無閉鎖或損壞。這些新的器件提供了一種非常堅(jiān)固、甚至經(jīng)歷30kV/μs瞬態(tài)事件都能提供連續(xù)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，那么該方案可滿足EN55022B類輻射要求。

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

結(jié)論

凌力爾特公司提供種類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，專注于效率和靈活性，以滿足醫(yī)療應(yīng)用需求。因?yàn)獒t(yī)療產(chǎn)品可能需要很多年才能投入生產(chǎn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)能充分相信器件將持續(xù)供貨這一點(diǎn)是很重要。凌力爾特公司有一項(xiàng)政策，即不淘汰器件，并努力持續(xù)支持所有已推出的產(chǎn)品。

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