利用混合信號FPGA推動臨床醫療應用設備的發展

　　數據記錄/通信接口則管理 Flash/EEPROM以及通信端口的使用。音頻/警報輸出功能只要通過幾個模塊和控制器就能實現，發出狀態警報。

　　信號調理/傳感器控制模塊與透析儀及導管等系統機械部件緊密集成，共同控制各種抗凝劑的給藥;利用比較器、通用高精度運放以及ADC來控制和感測溫度;控制透析液的混合和流動，及其他臨床治療功能。

　　泵/電機控制及驅動器電路管理設備中眾多的泵、閥、電機和加熱器，動脈和靜脈控制功能則監控電平和壓力傳感器。有趣的是，盡管泵/電機控制和動脈/靜脈控制監控器是血液透析儀所獨有的，圖1中其他控制器中不少是大多數臨床醫療設備常用的。

　　各種功能與混合信號FPGA的集成

　　今天的單芯片閃存混合信號FPGA帶有集成式模擬功能、Flash、FPGA構架，常常還有嵌入式行業標準微處理器。因此，它們能夠執行臨床醫療設備的系統管理、功率管理和熱管理，以及控制功能—從系統上電/斷電功能及數據記錄到溫度和電壓感測。

　　有了混合信號FPGA，系統板上的許多元件都變得多余而得以去除，包括Flash、PWM、分立式模擬IC、時鐘源和實時時鐘。由于基于Flash的FPGA把它們的配置信息存儲在片上Flash單元中，故無需像基于SRAM的FPGA那樣在系統上電時加載外部配置數據。因此，每次系統上電時，這些Flash混合信號FPGA不需要EEPROM或微控制器這樣的單獨系統配置元件來加載器件配置數據。這就降低了系統成本和板卡空間要求，同時提高了醫療設備的安全性和系統可靠性。

　　此外，這些高度集成的器件讓設計人員能夠把原本由數個分立元件所提供的功能完全整合在單個高度可靠的混合信號FPGA中。圖1中的功能性模塊 (圖1中的灰色區域) 就是典型血液透析儀中這種集成度的體現。

　　例如，可能包含看門狗部件、風扇驅動器和溫度傳感器的功率控制模塊就可以由單個混合信號FPGA器件所代替。混合信號FPGA還能夠提供原本由電機/泵驅動器模塊提供的全部功能，包括微處理器和ADC。

　　透析儀中的用戶接口通常包含有鍵盤、觸摸屏或 LCD顯示屏，以及揚聲器。設計良好的接口可讓醫療服務提供者更好地監控病患狀態，有效執行治療方案。用戶接口、音頻/警報和數據記錄/通信模塊可以集成在一個混合信號FPGA芯片中。該器件中的嵌入式微處理器和Flash能夠完成數據記錄任務，而其他IP解決方案可協助管理數據輸入、警報及其他任務。

　　在血液透析儀中，功率和熱管理單元執行關鍵任務，比如血液的溫度感測和系統上電/斷電功能(如圖2所示)。精確測量溫度并控制系統功率可能會增加成本，但也會提高設備的可靠性，從而延長產品的使用期限和病患的壽命。現今混合信號FPGA中的模擬電路使得這些關鍵性功能得以輕易集成和實現。