Linear用于高可靠性醫療應用的混合信號解決方案

面向醫療成像的電源管理

今天的高可靠性醫療系統需要復雜的數字電源管理解決方案，以對大量電壓軌進行排序、監察、監視和裕度調節。一個應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特的要求。典型情況下，這類系統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，以對電源陣列進行排序、檢查、監視和裕度調節。采用這種方案時，需要大量時間和工作量來開發必要的固件。

具EEPROM的LTC29788通道數字電源管理器(圖4)為醫療系統設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，該方案減少了調試時間和工作量。LTC2978可以對8個電源進行排序接通、排序斷開、監視、檢查、裕度調節和微調。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顯示了一個典型應用)進行級聯，以在單條I2C地址總線上控制多達72個軌。

圖4：具EEPROM的LTC29788通道數字電源管理器

此外，如果關鍵系統出現故障，那么LTC2978就用一種受保護的非易失性存儲器構件來記錄系統電壓和故障信息。在非易失性存儲器中保留關鍵系統數據，使用戶能識別故障電壓軌，并在系統開發、測試調試或故障分析時隔離電路板故障源。

LTC2978運用業界標準PMBus指令協議，以簡化固件開發。LTC2978最重要的特點是其精確的集成基準和15位增量累加ADC，當測量或調節電源電壓時，該基準和ADC提供±0.25%的絕對準確度。

LTC2978 成功的關鍵是凌力爾特公司的LTpower PlayTM軟件工具，LTpowerPlay是一款可免費下載的軟件，提供圖形PC界面，在設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字電源管理器件。

為保護患者而產生的隔離要求

設計醫療產品時，一個重要的考慮因素是，接觸患者的產品要滿足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療設備的漏電流。患者或操作人員可能接觸到的機殼漏電流稱為“接觸電流”。IEC60601規定，在正常工作時，該電流的限制為100A，在發生單個故障情況下，該電流的限制為500A。另一種漏電流測試標準規定了總的患者漏電流，該項規定量度的是，當醫療設備工作所需的所有應用部件與患者接觸時產生的漏電流。

按照IEC60601-1標準，隔離勢壘上的所有組件都須在持續1分鐘的時間內滿足4000VAC(或5600VDC)的隔離要求。該標準還定義了患者保護方法(MOPP)，該方法描述了降低患者受電擊風險所需的隔離保護。該隔離保護包括爬電距離/間隙距離、絕緣及保護性接地線路。

凌力爾特公司用一個隔離器件產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5kVRMS的隔離。該系列的第一批產品包括 2.5kV RMS LTM2881隔離式RS485(圖5)和LTM2882雙通道隔離式RS232微型模塊(μModule?)收發器，2011年年初推出5kV的引腳兼容版本。兩款產品都含有一個隔離式、效率高達65%的1W DC/DC轉換器，在5V穩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。在收發器引腳上以及跨隔離勢壘兩端很強的ESD保護確保無閉鎖或損壞。這些新的器件提供了一種非常堅固、甚至經歷30kV/μs瞬態事件都能提供連續通信的解決方案。 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微型模塊收發器+1W功率的LTM2881

結論

凌力爾特公司提供種類繁多的通用混合信號產品，這些產品提供很高的模擬性能，專注于效率和靈活性，以滿足醫療應用需求。因為醫療產品可能需要很多年才能投入生產，所以在設計時能充分相信器件將持續供貨這一點是很重要。凌力爾特公司有一項政策，即不淘汰器件，并努力持續支持所有已推出的產品。

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