醫(yī)學(xué)和醫(yī)療方式的進(jìn)步使得有希望進(jìn)行更準(zhǔn)確的診斷、采用新的治療方法以及對(duì)病人進(jìn)行更方便的醫(yī)療看護(hù)。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(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。這些儀器越來(lái)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(lǐng)域。
此外，醫(yī)療費(fèi)用上漲也在加速對(duì)便攜式設(shè)備需求的增長(zhǎng)，這類(lèi)設(shè)備能在醫(yī)院之外監(jiān)視患者情況。存儲(chǔ)在設(shè)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(zhǔn)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(yīng)用的創(chuàng)新產(chǎn)品組合，例如電子腦電圖儀 (EEG )、心電圖 (ECG ) 機(jī)、脈沖血氧計(jì)測(cè)量、血液分析、PET / SPECT 和 CT 掃描儀、輸注/胰島素泵、血液透析機(jī)、生命體征監(jiān)視器、醫(yī)療成像等醫(yī)療應(yīng)用。本文介紹凌力爾特公司這類(lèi)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(jì)以及血液和體液分析應(yīng)用等醫(yī)療監(jiān)視需要精確和采樣率高達(dá) 1Msps 的模數(shù)轉(zhuǎn)換。視系統(tǒng)架構(gòu)的不同而不同，12 位 至 16 位 SAR 型 ADC 是良好的選擇。這類(lèi)監(jiān)視器系統(tǒng)的便攜性要求正在驅(qū)動(dòng)對(duì)低功率解決方案和小占板面積器件的需求。為滿足這類(lèi)需求，凌力爾特公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)器件系列。
LTC2383 16 位、250ksps 至 1Msps ADC 系列器件具 4mm x 3mm 的小占板面積，提供了卓越的速度、分辨率和低功率 (參見(jiàn)表 1 )。±2.5V 的全差分輸入范圍實(shí)現(xiàn)了 92dB SNR，在工業(yè)和汽車(chē)溫度范圍具有保證的 THD 性能規(guī)格。該系列器件在轉(zhuǎn)換之間自動(dòng)斷電，同時(shí)當(dāng)采樣頻率降低時(shí)，線性地降低功耗。LTC2383 在 1Msps 時(shí)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(zhuān)有采樣架構(gòu)，使 ADC 能在當(dāng)前轉(zhuǎn)換期間開(kāi)始獲取下一個(gè)采樣值。這延長(zhǎng)了采樣時(shí)間，從而允許使用極低功率的 ADC 驅(qū)動(dòng)器，因此降低了整個(gè)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(jiǎn)化至微處理器的信號(hào)接口。LTC2383 系列器件非常適用于多通道應(yīng)用，例如外科設(shè)備中使用的光編碼器，在這類(lèi)應(yīng)用中，功耗和小尺寸至關(guān)重要。
表 1：具明顯 BUSY 和 CHAIN 引腳的 LTC2383低功率、串行 SAR ADC 系列
如果需要更寬的輸入動(dòng)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(shí)提供一個(gè)集成和精確的 10ppm/oC (最大值) 基準(zhǔn)。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(jì)應(yīng)用。在 1Msps 時(shí)，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(shè)計(jì)師還實(shí)現(xiàn)了突破性的 SNR 性能。LTC2379-18 不僅是最快的 18 位無(wú)延遲 SAR ADC，而且還實(shí)現(xiàn)了無(wú)與倫比的 101dB SNR 基帶性能，同時(shí)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(wú)需負(fù)軌就能使用 ADC 驅(qū)動(dòng)器。通過(guò)將輸入范圍調(diào)節(jié)至比滿標(biāo)度小 ±500mV，該 ADC 可將調(diào)節(jié)后的范圍理解為滿標(biāo)度輸入驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)器，去掉了產(chǎn)生負(fù)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(shí)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 LT6350 16 位和 18 位 ADC 驅(qū)動(dòng)器。
適用于便攜式監(jiān)視應(yīng)用的增量累加 ADC
醫(yī)療設(shè)備正在給家庭醫(yī)療保健市場(chǎng)帶來(lái)革命，使人們不用走出家門(mén)就能診斷各種健康問(wèn)題?？萍颊趯?shí)現(xiàn)自助護(hù)理保健系統(tǒng)，實(shí)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(lèi)醫(yī)療設(shè)備必須快速、高效率和可靠地運(yùn)行。隨著便攜式醫(yī)療傳感器的演變，就無(wú)創(chuàng)護(hù)理而言，對(duì)更長(zhǎng)電池壽命和更小外形尺寸的需求變得更加關(guān)鍵了。
有些醫(yī)療測(cè)量需要模擬電路連續(xù)運(yùn)行，每秒獲取成千上萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)讀數(shù)。而另一些醫(yī)療應(yīng)用每天僅需要一個(gè)讀數(shù)。就這類(lèi)非經(jīng)常性的測(cè)試而言，模擬電路必須僅加電一次，進(jìn)行測(cè)量，然后處于閑置狀態(tài)，在一天的其余時(shí)間以低功率“休眠”模式運(yùn)行。這類(lèi) IC 需要提供低功率休眠或打盹模式，以在停機(jī)時(shí)實(shí)現(xiàn)低功耗。
凌力爾特公司為便攜式應(yīng)用提供了纖巧、低成本、16 位增量累加 ADC 系列 (圖 1)，應(yīng)用包括：患者可戴在身上及具無(wú)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(dá) 1ksps 的輸出速率，具有保證的無(wú)漏碼 16 位性能、SPI 或 I2C 接口，并含有一個(gè)內(nèi)部 10ppm/oC 基準(zhǔn)，以確保最佳解決方案尺寸。
圖 1：凌力爾特公司的纖巧增量累加 ADC 系列
面向醫(yī)療成像的高速 ADC
醫(yī)療成像應(yīng)用采用種類(lèi)繁多的高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(lái)收集圖像數(shù)據(jù)。因?yàn)檫@類(lèi)應(yīng)用需要非常寬的動(dòng)態(tài)范圍，所以 ADC 的動(dòng)態(tài)性能至關(guān)重要。要實(shí)現(xiàn)最佳性能，就需要高的信噪比和失真度 (SINAD) 以及無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍 (SFDR ) 性能。此外，在 MRI 等應(yīng)用中，采用欠采樣方法，寬帶寬采樣和保持性能是關(guān)鍵。凌力爾特公司已經(jīng)為成像應(yīng)用開(kāi)發(fā)了一個(gè)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(shí)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(shí)，每通道僅消耗 140mW 功率 (參見(jiàn)圖 2 )。關(guān)鍵特點(diǎn)包括：在 14 位、800MHz 滿功率帶寬時(shí)具 73.1dB SNR 和 88dB SFDR;串行 LVDS 輸出;低功率休眠和打盹模式。
圖 2：14 位和 12 位引腳兼容的 4 通道和雙通道高速 ADC 系列
就需要更高分辨率的應(yīng)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 LTC2185 ADC 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(shí)采樣 ADC。在 125Msps 采樣率時(shí)，這些 ADC 每通道僅從 1.8V 電源消耗 185mW 功率 (參見(jiàn)圖 3 )，而且在每一個(gè)速度級(jí)上，每通道約為 1.5mW/Msps。SPI 接口實(shí)現(xiàn)可編程數(shù)字輸出定時(shí)、可編程 LVDS 輸出電流以及可選 LVDS 輸出終止。
