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解析高端成像和便攜式診斷系統(tǒng)的技術需求

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發(fā)布日期:[2010-12-24]    共閱[4979]次 中國電氣市場采購網(wǎng)[EM39.com] {鼠標雙擊自動滾屏}
      本文將只專注于兩個方面:高端成像系統(tǒng)和便攜式診斷系統(tǒng)。這兩種類型的應用都具有相似的需求,即能夠提供高性能和高精度的組件。

  以上提到的系統(tǒng)需要準確的測量,精確的數(shù)據(jù)處理和高度復雜的數(shù)字處理,特別是輸出形式為圖像或視頻的情況。這些技術也轉移到了其他領域,比如軍事/航天和運輸。

  硅設計的進步意味著關鍵性半導體的精密程度已經(jīng)極大提高,特別是DSP,F(xiàn)PGA,微控制器和高性能模擬器件。同樣的,由于這些應用中加入了觸摸屏和更加精密的人機界面,所以成像科技正在融入越來越多的傳統(tǒng)半導體領域。

  處理

  許多器械和醫(yī)療系統(tǒng)使用視頻和圖像輸出,以方便診斷,因此會大量應用信號處理技術。

  放射成像,斷層成像,超聲波和熒光透視是這些應用的一小部分實例。

  要實現(xiàn)這些功能需要廣泛的科技知識,而性能和功耗之間的權衡依然存在(即使隨著技術不斷進步,這種權衡已經(jīng)越來越少了),使得關注的焦點集中在適于使用的技術上。一般來說,高端處理是指可編程邏輯方案和DSP,而將功耗作為關鍵因素的低端領域則是指微控制器。當然,這些科技之間的差別正在以極快的速度減少,如今可編程方案已經(jīng)能在在手持設備上找到了。

  諸如FPGA和 CPLD的可編程邏輯現(xiàn)在已經(jīng)融合了完整的微控制器和其他的專用軟IP模塊,而且具有多個并行路由通道,負責在一個時鐘周期的時間內(nèi)執(zhí)行全部算法。請注意這樣的系統(tǒng)包含了較長的管線,意味著可以在一個時鐘周期內(nèi)處理算法,但是從獲取輸入到對輸出產(chǎn)生影響為止會存在延遲。

  由于這些算法的實現(xiàn)是通過數(shù)字的方式,所以性能是一個需要考慮的問題。處理算法越快,產(chǎn)品就具有更大的靈活性和更高的價值。然而高速可能意味著更多的功耗和更短的電池壽命。

  FPGA具有許多傳統(tǒng)組件所沒有的優(yōu)勢,特別是針對中低產(chǎn)量的設備。

  芯片的可編程特性最多可以節(jié)省大約30%的開發(fā)時間,而且可以在以后進行升級。使用FPGA也能減少昂貴的電子元件的消耗,由于芯片設計的復雜性以及硅處理技術變得越來越復雜,F(xiàn)PGA已經(jīng)越來越常見了。

  對于其他應用中的處理器核心有許多可供選擇。如今在RISC更為常見的工業(yè)應用中,ARM7核心已經(jīng)被諸如NXP,Atmel,ST和ADI等微控制器生產(chǎn)商廣泛使用,同時ARM9也越來越受歡迎。Freescale等i.MX應用處理器基于高度集成了LCD控制器的ARM9處理器,在成像領域中正在獲得越來越多的關注。

  對于成像應用,MIPS也正在努力從消費者/連接領域的主導地位向該市場進軍,通過與Microchip聯(lián)手,借助MIPS32核心開始登上32位處理器的舞臺。偏好CISC架構的設計者可以從Intel和Renesas等公司找到實例。

  對于實時成像,盡管受到FPGA的強大威脅,DSP仍然占據(jù)了優(yōu)勢地位。在同一塊硅芯片上同時包含MCU和DSP新型的平臺已經(jīng)問世,可以進行圖像處理和通用處理。TI的最新款達芬奇處理器,是專為多媒體應用設計的。Freescale和ADI也提供非常強大的解決方案。

  高性能模擬組件

  無論在器械還是醫(yī)療應用領域里傳感都是一個很大的范疇。例如,賽普拉斯(Cypress)半導體公司的CapSense和ADI的CapTouch技術的出現(xiàn),為觸摸屏技術實現(xiàn)創(chuàng)新的HMI解決方案提供了新的可能性。

  在醫(yī)療和器械應用中,以及其他諸如ATE和軍事/航天工業(yè)中,對于模擬組件的需求都及其相似。所有這些領域都需要低噪音,低失真,高速度和低功耗的放大器;數(shù)字編程放大器和寬位轉換(最大達到24位)。

  人體接觸

  人們通常需要器械和醫(yī)療設備的輸出結果。這就意味著數(shù)據(jù)的轉換和表示都必須清晰明了,并且對于必須與人體進行互動的醫(yī)療電子器械,例如心臟去顫器,其輸出則必須精確。

  ESD在這里扮演了一個重要角色;由于在空氣溫度中的不一致性,使得ESD成為一個特別難以預測的參數(shù)。最近一份來自凌力爾特(Linear Technology)的文章提出,冬天的干燥天氣情況下穿皮鞋從羊毛毯上走過能產(chǎn)生10KV到15KV的電壓,而在夏天濕潤天氣所產(chǎn)生的電壓則小于 2KV。這些聚集在人體上的靜電被稱作摩擦電,人體在某些情況下能聚集35KV的電壓,因此這是設計工程師必須考慮的問題。由于這個原因,已經(jīng)設計出各種常見的測試以用于減少對使用中的設備的損害,并且提供持續(xù)工作的能力。在美國最常見的測試之一,是以承受力更強的日本機械模型作為參照,用人體模特模擬人類接觸一臺電子設備所產(chǎn)生的ESD放電波形。一般情況下,當用人體模特進行測試時,RS232收發(fā)器能承受超過±10KV的電壓。更加常用的IEC801 測試時為±7.5KV。凌力爾特的LTC2850就是該測試的一個實例。

  FCC和其他國際規(guī)定用于降低來自于電子設備的輻射。EMI(電磁干擾)規(guī)則降低電子設備之間的干擾并提出健康和安全的問題。

  設計者可以通過屏蔽產(chǎn)生輻射的電路和線纜系統(tǒng),旁路設計,電路板布局以及許多其他技術來控制產(chǎn)生的輻射。美信(Maxim)/達拉斯(Dallas)有幾種振蕩器和頻率發(fā)生產(chǎn)品包含了低EMI設計。一種最近開發(fā)的技術叫“發(fā)散”,或抖動,計算機和電源中使用的時鐘中心頻率在一個頻帶上發(fā)散所產(chǎn)生的輻射能量,而不是在一個頻率上發(fā)散能量。

  無論怎樣,都需要電源

  電源可以通過從電池到高電能AC插座的幾種方式提供。助聽器,起搏器和手持器械都盡量延長電池壽命。而磁共振成像(MRI)和X光機則需要在短時間內(nèi)提供高能高壓,以驅動RF發(fā)射轉換器,還有某些設備具有帶伺服電機的病床系統(tǒng),以方便患者移動和放置。

  不僅對于電路電源管理,而且對于周邊組件-電阻,感應器,電容,繼電器和連接器,供電布線也同樣重要。后面的文章研究了該范圍內(nèi)某些產(chǎn)品的有點和缺點,以及法規(guī)方面的問題。

  以后的工作是什么?

  顯然接下來的10年將是包括了器械,成像和醫(yī)療監(jiān)護的保健市場成長的10年。將會大量出現(xiàn)的技術進步也會對核心器械,自動化和工業(yè)應用中的輔助開發(fā)產(chǎn)生影響。我們專注于這些技術開發(fā),確保將最新的產(chǎn)品以最快的速度引入市場,以便對這些現(xiàn)有的先進技術進行利用。

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