UWB技術在醫(yī)療設備中的應用

　　圖5所示為內窺鏡攝像頭單元的框圖。窺鏡的框圖與之相似，除了數字視頻接口為顯示控制器所取代。UWB物理層基于Wionics Research的RTU7012雙波段PHY，符合WiMedia PHY 1.1 和PHY 1.2規(guī)范。它可以用于頻帶組1和3。

　　在這個例子中，UWB流媒體MAC由蘇黎世應用科學大學設計并通過ASIC或FPGA實現，且針對實現低延時的數據傳輸進行了優(yōu)化。為了方便將MAC集成到任何系統(tǒng)級芯片（SoC），將ARM高級主機總線（AHB）用作數據傳輸總線，將ARM外設總線用作控制總線。這些接口使得MAC非常適合集成到基于ARM的系統(tǒng)級芯片。

　　UWB標準的許多參數都由微控制器固件來控制。這樣，在需要增添其它高層協(xié)議（如無線USB）時，無須修改任何硬件。使用固件實施方案，可以在規(guī)范發(fā)生變更的情況下降低風險和提高靈活性。

圖 4 電子內窺鏡單元的框圖

　　MAC可在UWB設備間以任何方向傳輸任何數據---而不局限于視頻。在這個具體的視頻應用中，來自攝像閑的信號通過數字視頻接口和AHB傳送到SDRAM，該SDRAM用作一個視頻中間緩沖器(見圖5)。MAC從該SDRAM提取視頻數據，并將其傳送到UWB網絡進行傳輸。反過來，UWB物理層接收到的數據則被傳送到SDRAM。

　　在UWB網絡和SDRAM之間傳輸數據時，MAC用作AHB主總線，無需處理器核進行干預。這意味著，可以將數據傳輸中解放出來的處理器用于控制后續(xù)UWB超幀的MAC設置。在這種架構下，任何AHB總線設備都可成為數據傳輸的目標或源，無論是傳送到UWB-MAC，還是從UWB-MAC傳出。至于和UWB無線模塊的接口，UWB-MAC采用WiMedia ECMA369 MAC-PHY接口標準。

　　內窺鏡的其它必備部件包括A/D轉換器和用于電池管理的脈寬調制器(PWM)。為將所有部件集成到內窺鏡的手柄中，同時保持低功耗，標準單元ASIC是不錯的選擇。然而，如果預知的產量太低，不足以分擔本示例中標準單元ASIC的開發(fā)成本，可采用可定制的應用處理器（CAP）。這一基于ARM的微控制器具備所有常用的外設和軟件驅動以及用于實現用戶定制功能的金屬可編程邏輯區(qū)域?？稍贑AP金屬可編程區(qū)域實現UWB-MAC和其它定制IP核，類似于門陣列。該微控制器的其它標準外設，如外部總線接口(EBI)，可用于控制SDRAM，不會導致與內存控制器設計相關的技術風險和成本。

　　為便于UWB應用開發(fā)，有些供應商提供一款CAP UWB*估套件。CAP器件的固定部分可以當做一個標準的微控制器，和用于仿真金屬可編程模塊的高密度FPGA協(xié)同工作。這個*估套件可以快速地進行配置，仿真目前正開發(fā)的設計的性能?？稍贔PGA中實現UWB-MAC以及其它專用邏輯。

　　在一塊擴展板卡上實現UWB物理層。CAP UWB*測工具套件與一臺運行業(yè)界標準ARM開發(fā)工具的PC連接，用于完成系統(tǒng)開發(fā)和調試。這樣的開發(fā)方式允許軟、硬件開發(fā)同時進行，從而大幅縮短了開發(fā)時間。當系統(tǒng)經全面調試后，將UWB MAC和專用邏輯重新映像到CAP的金屬可編程模塊中，提供了元器件數目較少而完整的UWB收發(fā)器。

圖5 UWB設備間的MAC數據傳送

　　結論

　　這種低成本、中等批量的UWB設備可以用于無線醫(yī)療應用。這適合于單向的視頻鏈路，也可以取代超聲傳感器的粗電纜，同時為病人提供必要的電流絕緣。牙科的X光膠片目前正在被X射線掃描儀所取代，后者可放置在病人口腔的。UWB可用于鏈接圖像顯示和存儲設備。此外，手術機器人的定位外設可以通過一個可靠的UWB通道來交換數據。

　　UWB是一種新興的技術，其具有傳輸延遲短、傳輸速率高、功耗小、電磁輻射低的特點。醫(yī)療器械制造商已經開始使用視頻內窺鏡和超聲傳感器技術，有部分原因是因為UWB具有傳統(tǒng)的技術無法實現的確定的數據速率。此外，UWB的協(xié)議開銷很低，要讓醫(yī)生能夠以低延遲或實時地觀察病人體內的情況，低協(xié)議開銷很重要。