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)。一個應(yīng)用電路板有幾十個軌的情況并非不常見，而且每一個軌都有自己獨(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，需要大量時間和工作量來開發(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)試時間和工作量。LTC2978可以對8個電源進(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LTC2978可以非常容易地利用單條共享時鐘總線以及一個或多個雙向故障引腳(圖1顯示了一個典型應(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，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)計醫(yī)療產(chǎn)品時，一個重要的考慮因素是，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，該電流的限制為100A，在發(fā)生單個故障情況下，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。因為醫(yī)療產(chǎn)品可能需要很多年才能投入生產(chǎn)，所以在設(shè)計時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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