医疗保健方案

适用于诊断级系统的ADAS1000 5电极ECG模拟前端(AFE) 单芯片解决包括起搏脉冲算法和呼吸测量功能 ADAS1000是首款业界标准5电极ECG模拟前端子系统，设计用于监护和诊断品质的心电 图测量，其单芯片上还集成了呼吸测量和起搏脉冲检测功能。 ADAS1000具有精密ECG测量所需的全部 电路，包括右腿驱动(RLD)放大器、交流 和直流导联关闭检测、屏蔽驱动等。 它简化了5电极ECG的设计，器件数量大 大减少，以前可能需要50个有源器件和 许多无源器件，现在只需要一个集成 器件和几个用于保护和旁路的分立器 件。ADAS1000可以针对噪声性能、功耗 或数据速率进行优化配置，适合家用、 救护车和临床ECG系统。例如，对于便 携式应用，可以将它配置为低功耗工作 模式；对于心电图仪等系统，可以将它 配置为高性能工作模式。通过级联多个 ADAS1000，可以扩充电极通道数量，实 现真正的12导联或15导联ECG测量，甚至 实现心脏标测应用所需的128电极测量。 片内起搏脉冲检测算法同时在三个矢 量或导联上运行，不仅能检测起搏脉 冲信号，而且能测量脉冲高度和宽 度。ADAS1000还包括用于精确测量胸阻 抗的相关电路，可以利用它来确定病人 的呼吸速率。起搏脉冲检测和呼吸监控 电路的集成有助于减少系统设计时间、 成本和电路板空间。 ADAS1000现已试产，可提供样片。 ADAS1000特性 • 5个采集(ECG)通道和1个受驱导联 • 交流和直流导联关闭检测 • 3个导联提供起搏脉冲检测算法 • 胸阻抗测量(内部/外部路径) • 低功耗工作: 1个导联11 mW，3个导联 14 mW，使能所有导联19 mW • 噪声: <10 µV p-p(0.05 Hz至150 Hz) • 数据速率: 2 kHz、16 kHz、128 kHz • 串行接口: SPI/QSPI™ /DSP兼容 • 56引脚LFCSP或64引脚TQFP封装 • 报价: 28.00美元/片 配套器件 • Blackfin®数字信号处理器 • ADuM4160 USB隔离器 • ADuM2401 4通道数字隔离器 • ADUM6000 5 kV DC/DC转换器 • ADF7023收发器 • ADP150/ADP151线性调节器 模拟前端 医疗保健IC ADAS1000评估板现已面市， 它包括该模拟前端(AFE)、电 源、控制与接口选项，通过 配置AFE能够支持多达12导联 的系统。 ADI解决方案通报 第11卷 • 第3期 目录 低功耗ECG模拟前端 . . . . . . . . . 1 低功耗8通道超声接收器 . . . . . 2 便携式和电池供电设备的电源 管理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 适用于手术仪器仪表的MEMS 惯性测量单元(IMU). . . . . . . . . . . 4 输液泵的安全性与可靠性 . . . . 5 适用于剂量测定设备的电流 数字转换器 . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 适用于MRI的1 ppm、20位DAC. . . 6 适用于ECG的iCoupler隔离. . . . . . 7 适用于心率监护仪的低功耗、 低成本技术 . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 适用于医疗遥测系统的超低 功耗无线电SoC. . . . . . . . . . . . . . 8 www.analog.com/zh/healthcare 适用于便携式到高端推车式超声系统的低功耗集成8通道接收器 8通道超声接收器AD9278和AD9279专门用于解决新一代高性能推车式和便携式超声系统的设计挑战。AD9279提供出 色的等效输入噪声(0.80 nV/√Hz )、高等效输出信噪比(SNR)和低功耗特性，采用紧凑型封装，支持更高通道数的推车 式系统实现出色的图像质量。采用低功耗AD9278的便携式系统可以实现更长的电池寿命、紧凑的PCB设计和高动态 范围，同时支持CW多普勒处理。AD9279和AD9278引脚兼容且功能兼容，设计人员可以在共同的平台上开发不同的终 端应用。 超声模拟前端(AFE)解决方案 型号 LNA 输入噪声 CW模式， 输入动态范围， LNA增益 = 21.3 dB (dBFS/√Hz) 功耗 (40 MSPS, mW) 封装 报价 (美元/片) AD9271 1.10 nV/√Hz, 1 pA/√Hz 131 137.4 155 150 16 mm × 16 mm TQFP-EP 40.48 AD9272 0.75 nV/√Hz, 1 pA/√Hz 0.85 139.9 160 191 16 mm × 16 mm TQFP-EP 54.00 AD9273 1.26 nV/√Hz, 1 pA/√Hz 1.37 137.6 155 104 10 mm × 10 mm CSP-BGA 51.00 AD9276 0.75 nV/√Hz, 1 pA/√Hz 0.85 139.9 160 191 16 mm × 16 mm TQFP-EP 62.00 AD9277 0.75 nV/√Hz, 1 pA/√Hz 0.85 140.5 160 193 16 mm × 16 mm TQFP-EP 68.00 AD9278 1.27 nV/√Hz, 1.5 pA/√Hz 1.30 140.8 158 85 10 mm × 10 mm CSP-BGA 58.00 AD9279 0.75 nV/√Hz, 2.5 pA/√Hz 0.80 141.6 160 130 10 mm × 10 mm CSP-BGA 62.00 推荐配套器件 • AD8021低噪声、高速放大器 • ADA4841-2低功耗、低失真放大器 • AD7982 18位、1 MSPS PulSAR®ADC • ADR433 3.0 V超低噪声基准电压源 • AD9516/AD9520时钟发生器 • ADCLK946/ADCLK846时钟扇出缓冲器 AAF 12-BIT ADCVGALNA SERIAL LVDS I/Q DEMODULATOR 8 CHANNELS SERIAL PORT INTERFACE DATA RATE MULTIPLIERREFERENCE LO GENERATION LO-A TO LO-H LOSW-A TO LOSW-H LI-A TO LI-H LG-A TO LG-H DOUTA+ TO DOUTH+ DOUTA– TO DOUTH– FCO+ DRVDD CL K– CL K+ SD IO SC LK CS B GP O[ 0: 3] RB IA S VR EF CW Q+ CW Q– CW I+ CW I– GA IN – GA IN + 4L O– 4L O+ RE SE T STBYPDWNAVDD2AVDD1 FCO– DCO+ DCO– 总通道输入 RS = 0 𝛀 (nV/√Hz) 噪声，无端接， TGC模式， 输出动态范围， 中间通道增益 (dBFS/√Hz) 2 www.analog.com/zh/healthcare 优化高性能便携式和电池供电医疗设备的功耗预算 高性能便携式和电池供电医疗设计必须能够最大程度地发挥处理能力，同时实现最长的电池使用时间。虽然电池 供电系统的性能和功能变得越来越复杂，但其电源链在任何负载条件下的工作电流都必须尽可能低。 解决方案 ADI公司的电源管理产品满足当今便携式和电池供电系统的需求。为将信号链器件的功耗降至最低，可以利用负载开 关或带使能控制的调节器将不在使用的某些电路部分关断。通常将一个实时时钟(RTC，始终开启)与一个低功耗处理 器配合使用，以监控和控制医疗设备的电源要求与信号处理。 ADI公司提供种类广泛的低功耗和微功耗调节器、监控器、电源监控电路。除了低静态电流特性外，这些器件还集 成关断功能，可将功耗降至微安级，从而最大程度地延长电池寿命。 ADP160是一款微功耗低压差(LDO)调节器，用于为设备的电源和控制系统的心脏 — RTC供电。该器件在空载条件下只 有微乎其微的560 nA功耗，在100 µA负载下只有3 µA。 ADP190是一个负载开关，用于隔离不在使用的电路部分，以便达到省电目的。负载接通时，ADP190的地电流低于2 µA。 ADP2140内置一个600 mA降压调节器和一个300 mA LDO，采用3 mm × 3 mm、10引脚LFCSP(QFN)封装。ADP2140及其外 部器件占用的PCB面积仅为7.5 mm × 12 mm，因此它非常适合便携式医疗设备。 ADM6305/ADM6306是双通道微功耗电压监控器，用来监控DSP和微处理器系统中的两个电源，并提供一个复位信 号。这些器件具有低电源电流(5 µA)和小尺寸的特性，适合便携式和电池供电医疗应用。 适用于电池供电医疗应用的电源产品 型号 输出电流 (mA) 输入电压 范围 (V) 最小 VOUT (V) 静态电流 (𝛍A) 关断电流 (𝛍A) 报价 (美元/片) ADP160 LDO 150 2.2至5.5 1.2 6 @ 1 mA 0.05 0.31 ADP190负载开关 500 1.1至3.6 RDSON @ 1.8 V, 105 mΩ 2 (最大值) 0.1 0.50 ADP2140降压 + LDO 600 + 300 2.3至5.5 0.8 42 0.3 1.20 复位控制器 ADM6306 VCC 阈值 (V) 复位输入 阈值 (V) 复位超时延迟 (ms) 工作电流 (𝛍A) 报价 (美元/片) ADM6305/ADM6306 2.5至5.0 0.4和1.23 1、20、40和1120 5 1.15 BUCK REGULATOR ADP2120 MEMORY Li-Ion BATTERY LDO ADP160 3.7V LOAD SWITCH ADP1901.8V POWER-ON RTC MICRO- PROCESSOR VDD I/O VDD CORE LCD DISPLAY KEYPAD 1.8V LOW POWER RF SENSOR 2.6V 2.5V 1.2V LDO ADP160 LDO ADP2140 BUCK 技术文章 如何成功地应用低压差调节器 www.analog.com/zh/AN-1072 便携式、电池供电设备的典型电源链 3www.analog.com/zh/healthcare MEMS惯性测量单元(IMU)支持手术仪器仪表应用在动态条件下实现高精度 导航和控制 手术仪器，无论是纯被动式还是电子辅助式，在不同的医生和工作条件下都必须提供高精度和一致性。医生疲劳、 程序异常、设备磨损，甚至因为成本问题而缺乏适当的精密设备或工具，都可能影响手术的正确施行、术前术后舒 适度和恢复时间。在膝关节置换(TKA)等手术程序和其它精密手术中，光学检测及其它冗余测量和导航技术的使用已 经普及。现有的，无论是使用纯机械对准还是带光学导航的计算机辅助设备，仍然存在精度限制，包括视线阻 挡问题。 解决方案 典型的手术仪器必须管理多种输入，包括外科医生、刀具、病人独有的特征以及传感器或对准辅助工具的输入。高 性能惯性传感器与光学和其它导航技术相结合，不仅能提供冗余，而且能提高手术仪器在不同条件和动态条件下的 精度，典型系统使用可靠的卡尔曼滤波算法来随时利用适当的传感器输入，具体取决于环境条件以及医生和病人的 独特情况。此类传感器最好是小尺寸、低功耗、高集成度的器件，以便用在受限的空间中，不致于显著增加设备开 销。 通常使用全惯性测量单元(IMU)，它通过综合运用三个加速度计(线性运动)和三个陀螺仪(轴向运动)来支持6自由度测 量。IMU能够精确跟踪操作员的手部运动，将遥控(操纵杆)运动转化为仪器运动，或者利用反馈/控制环路中的惯性传 感器自动引导仪器沿着预定路径运动。 ADIS16334是业界最紧凑的、高稳定度的惯性测量单元，集成了大量电子器件，适合构建包括惯性和光学的综合手术 导航系统。 ADIS16334特性 • 动态范围: ±300°/秒，±5 g • 宽带宽: 330 Hz • 角向随机游动: 1.85°/√hr • 灵敏度温度系数: 50 ppm/°C • 标准SPI接口 • 可编程滤波和诊断功能 • 报价: 336.00美元/片 ADIS16334现已试产，可提供样片。 在线研讨会系列 iSensor®运动检测技术概述 www.analog.com/zh/iSensorseminar 4 www.analog.com/zh/healthcare 高性能技术提高输液泵的安全性和可靠性 监管机构持续关注输液泵的设计，以期减少可预防的机械和人为出错所导致的事故。传感器信号调理和监控，易于 使用的气密性用户接口，以及监控包括电源在内的系统状况的能力，是输液泵设计中可能影响泵的安全性和可靠性 的几个关键领域。凭借众多高性能技术解决方案，ADI公司在帮助设计人员应对这些挑战方面拥有独一无二的优势。 精密传感器信号调理和监控 为了确保输液泵正确工作，必须监控各种传感器。压力传感器就是其中的一种，它可以用来检测堵塞或空源，或者 进行某种形式的流量测量。常用的压力传感器采用负荷传感器配置，提供差分输出，需要高共模抑制才能实现精确 测量。仪表放大器AD8226提供最小90 dB(G = 1)的共模抑制、22 nV/√Hz的出色噪声性能和350 µA(典型值)的低功耗特性。 许多系统需要多个传感器，因此需要多通道测量系统。利用8通道12位SAR型ADC AD7888及AD8226，可以构建针对输 液系统内多个传感器的高性能多通道监控器。 减少按键去抖错误 据FDA统计，按键去抖不当是输液泵设计中最常见的使用错误类型之一。容性传感器能够大大降低机械开关内接触 不良所导致的按键抖动可能性。可编程电容数字传感器AD7147设计用于配合容性传感器使用，以实现按钮、全键盘 甚至小型触摸屏等功能。针对大型触摸屏，ADI公司提供种类齐全的阻性控制器，包括配有同步串行接口和低导通 电阻开关的12位SAR型ADC AD7877和AD7879。 “黑匣子”式电源监控 监控包括电源在内的系统状况是确保输液泵可靠性的 重要方面。ADM116x系列是可配置的电源监控器和时 序控制器件，可针对多电源系统中的电源监控和时序 控制提供“黑匣子”式监控功能。这些单芯片解决方 案将电源故障数据存储在非易失性存储器中，从而帮 助设计人员在开发过程中或从现场故障中找到电源系 统的弱点。 仪表放大器 型号 描述 VCC 至 VEE (V) 电源电流 最小/最大 增益的CMRR (dB) VNOISE RTI 1 Hz 至 10 Hz 报价 (美元/片) AD8221 低噪声 仪表放大器 4.6至36 1 mA 80/130 0.25 2.01 AD8226 轨到轨输出 仪表放大器 2.2至36 400 µA 80/105 0.4 1.40 AD8236 微功耗 仪表放大器 1.8至5.5 40 µA 94/110 4 0.99 模数转换器 型号 描述 分辨率 (位) 通道数 电源电压 (V) 功耗 (mW) 报价 (美元/片) AD7888 串行输出 12 8 3至5 3.5 3.90 AD7877 触摸屏 12 9 3, 3.3 3.2 2.15 AD7879 触摸屏 12 6 1.6至3.6 2.3 1.69 电容数字转换器 型号 分辨率(位) 通道数 电源电压 (V) 功耗 (mW) 封装 报价 (美元/片) AD7147 16 13 3, 3.3 3.6 LFCSP 1.28 电源时序控制器 型号 电源 精度 (%) 输出 回读 封装 报价 (美元/片) ADM1168 8: 可级联 1 8 — LQFP 5.49 ADM1169 8: 可级联 1 8 12位ADC LFCSP, LQFP 6.49 输液泵功能框图 5www.analog.com/zh/healthcare 128通道电流数字转换器支持实现高精度剂量测定设备 剂量测定工具的作用是帮助校准放射治疗系统，确保放射位置和病人接受的放射水平精确无误。空间分辨率和高动 态范围是剂量测定电子设备的关键特性。 解决方案 ADAS1128是一款24位电流数字转换器，可将光电二极管阵列信号变为数字信号。它具有出色的整体性能指标，例如: 无电荷损失，提供多种满量程范围选择，动态范围高达86 dB。该器件可以取代以前基于转换器的技术，因为这种技 术的通道集成度和性能均较低。ADAS1128提供128个同步采样数据转换器通道，可选采样速率最高达20 kSPS，片内 集成温度传感器和基准电压源缓冲。如此高的集成度意味着系统成本、尺寸和功耗均可大幅减小。 MRI系统利用1 ppm、20位数模转换器实现出色的图像清晰度 清晰的MRI图像能够提高临床医生对早期病情的诊断能力，而且常常还能减少额外扫描的次数。一直以来，MRI系 统都是使用多个DAC器件来实现清晰的成像，要求频繁校准和复杂的设计。市场早就需要一种更简单，具有成本优 势，无需校准或持续监控，简单易用，而且提供保证性能规格的DAC。 1 ppm、20位、±1 LSB INL电压输出型数模转换器(DAC)AD5791支持对高场强应用中的磁场梯度进行精密控制，从而 实现出色的图像分辨率和对比度。该器件提供极低的噪声特性，能够消减无用的伪像，有助于减少MRI扫描次数。 更低的图像误差率意味着更高的设备使用率，这样医疗机构就能在更短的时间内诊治更多病人。采用AD5791的MRI 系统无需离线进行系统校准，工作时间可以得到最大程度地延长。使用该转换器还能减少复杂的校准算法，从而 降低工程设计和系统维护的成本。 AD5791特性 • 分辨率: 1 ppm • INL: 1 ppm • 低频率噪声: 0.025 ppm • 噪声频谱密度: 9 nV/√Hz • 输出漂移: 1 ppm • 温度漂移: 0.05 ppm/°C • 建立时间: 1 µs • 报价: 37.86美元/片 推荐配套器件 • AD8675/AD8676 36 V、精密、2.8 nV/√Hz 轨到轨输出运算放大器 ADAS1128特性 • 高达20 kSPS(50 µs 积分时间) • 同步采样 • 超低噪声，低至0.4 fC(2500e-) • 用户可调的满量程范围 • INL: 满量程范围的±1 ppm的读数的±0.025% • 功耗: 4.5 mW/通道 • 封装: 10 mm × 10 mm球栅阵列 应用 • 剂量测定 • CT扫描仪 • 光电二极管传感器和电源监控 • 光谱仪 • 高通道数数据采集(电流或电压输入) A1 6.8k훀 6.8k훀 R1 RFB 20-BIT DAC VREFPSVREFPF VREFP VREFN = 0V VREFNS AD5791 1/2 AD8676 1/2 AD8676 VREFNF RFB INV VOUT 10pF AD8675, ADA4898-1 VOUT AD5791 1 ppm、20位DAC被EDN编辑评 选为2010年度模拟类“EDN 100款热门 产品”。 6 www.analog.com/zh/healthcare iCoupler技术为ECG和其它医疗应用提供鲁棒的、符合IEC 60601标准的数字 隔离 像大多数医疗系统一样，ECG系统也需要在病人与诊断设备之间提供一种保护隔离。然而，使用传统的光耦合 器来隔离信号会制约数据传输速率，增加功耗，限制电路板空间，并且影响成本。 iCoupler®数字隔离解决方案可代替光耦合器，而隔离完整性完全不受影响。IEC 60601-1认证确保iCoupler产品符合最 苛刻的医疗安全标准。这些器件提供加强绝缘性能，能够承受IEC 60747-5-5标准规定的10 kV浪涌。此外，与光耦合 器和基于电容的数字隔离器相比，芯片级变压器的使用能够提供更鲁棒的共模瞬变抗扰度。 iCoupler技术可以与USB、I2C、DC/DC转换器等其它功能集成，为监护、手术仪器仪表和诊断设备提供紧凑的高性价比 解决方案。 IEC 60601-1认证的iCoupler数字隔离器 型号 数据通道/接口 最大数据速率 (Mbps) 1 Mbps时的功耗 (mW) isoPower (mW) 封装 报价 (美元/片) ADuM240x 4 90 20 n/a 16引脚 SOIC 3.20 ADuM4160 USB (D+/D–) 12 (全速) 35 n/a 16引脚 SOIC 4.89 ADuM225x I2C (SDC, DCA) 1 50 n/a 16引脚 SOIC 2.77 ADuM640x 4 25 n/a 500 16引脚 SOIC 6.33 精密、可靠、低成本心率监护仪使用低功耗转换器和放大器 心率监护仪可以是包含运动检测、体脂分析和温度监控的完整健康监护平台的组成部分，也可以是一种穿戴在身上 或集成到运动器械中的独立消费电子产品。所有信号处理和显示电子器件通常必须置于一平方英寸或更小的空间 内，而且设计必须具有高性价比。 解决方案 利用ADI公司的低功耗精密转换器和放大器技术，可以实现用于健康和保健的高性价比心率监护设备。ADI放大 器和转换器与其它技术和功能密切集成，包括USB端口隔离、MEMS加速度计、RF收发器、触控界面传感器及温度传 感器，从而可实现灵活的前端电子设计，并且支持各种心率监护仪(HRM)应用。 AD7798 ADC是一款低功耗的完整模拟前端，内置一个低噪声、16位Σ-Δ型ADC，具有三路差分输入。另可提供24位版 本(AD7794)。片内特性包括一个低端功率开关、基准电压检测、可编程数字输出引脚、熔断电流控制和一个内部时钟 振荡器。这款器件采用2.7 V至5.25 V电源供电，典型功耗为300 µA，采用16引脚TSSOP封装。 仪表放大器AD8235(AD8236为MSOP版本)比笔尖还小，耗用的电源电流仅为40 µA(最大值)，关断电流为6 nA，输入偏置 电流为1 pA。它非常适合高效率、便携式、轻型医疗设备，以及消费级保健产品，包括要求尺寸小、电池使用时间 长的心率监护仪和运动监护仪，采用1.6 mm × 2.0 mm WLCSP封装。 四通道微功耗运算放大器AD8619与仪表放大器AD8235和ADC AD7798配合使用时，尤其适合心率监护仪设计，而且性 价比较高。AD8619采用1.8 V至5.0 V单电源供电，噪声为22 nV/√Hz， 输入偏置电流最大值为1 pA，耗用电源电流为38 µA，提供14引脚 TSSOP和14引脚SOIC两种封装。 实验室电路 通用串行总线(USB)电缆隔离器电路，基 于全速/低速USB数字隔离器ADUM4160 www.analog.com/zh/CN0159 在线研讨会系列 ECG和心率监控设计技术 www.analog.com/zh/webcast/HRM 7www.analog.com/zh/healthcare 适用于医疗遥测系统的超低功耗无线电SoC 医疗界存在这样一种需求，即大幅减少病人周围杂乱繁多的不安全电缆，同时提供增强的数据采集和监护功能。 这种需求推动了医疗设备向无线遥测的发展。诸如低功耗蓝牙技术和ZigBee之类的开放标准可提供基于2.4 GHz频谱 的低成本解决方案，但这一频谱已变得过于拥挤，可能会对此类链路的可靠性产生影响，特别是在至关重要的实 时病人数据监控应用中。 解决方案 低功耗ADuCRF101是一款物理层收发器，涵盖433.05 MHz至434.79 MHz和902 MHz至928 MHz的sub-1 GHz工业、科研和 医疗(ISM)频段，提供一种代替2.4 GHz频谱的选择。片内集成高性能ARM Cortex™-M3处理器，附送的一系列第三方开 发工具可帮助进行协议开发，包括专有协议的开发。 ADuCRF101的工作功耗非常低(300 µA/MHz)，关断模式的功耗低于1 µA，因此它不仅适合市电供电的医疗设备，也适 合电池供电的设备，如输液泵和病人监护仪等。高能效内部收发器在接收模式下的功耗仅有12.8 mA，而灵敏度则能 维持在同类最佳的–107.8 dB水平。发射模式同样节能，根据用户设备的RF功率水平不同，电源电流最低可达9 mA。 ADuCRF101特性 • 高性能ISM频段RF收发器 • ARM Cortex-M3 32位RISC MCU，128 kB Flash/EE存储器，16 kB RAM • 3.6 V电池直接供电 • 6通道、14位、1MSPS SAR型ADC • 9 mm×9 mm 64引脚LFCSP封装 • 报价: 4.49美元/片 ADuCRF101现已试产，可限量提供样片。 客服支持中心 模拟与其他线性产品: china.support@analog.com 嵌入式处理与DSP产品: processor.china@analog.com 样片申请: www.analog.com/zh/sample ADI在线技术论坛: www.analog.com/zh/forum 4006-100-006 SB05/2011 本期通报的全部产品报价都是千片以上订量 (除非另有说明)、建议转售最低美元价格， 按美国离岸价。 I2C指最初由Philips Semiconductors(现为NXP Semiconductors)开发的一种通信协议。 www.analog.com/zh