超小型ADC提升低功耗家庭醫(yī)療應(yīng)用
作者：凌力爾特公司 Steve Logan
目前醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展正在徹底變革家庭醫(yī)療保健市場，人們無需離開家門就能診斷出各種健康狀況。技術(shù)的發(fā)展使得便攜式自助護(hù)理保健系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)，這些系統(tǒng)可以幫助人們監(jiān)視諸如血壓、血糖和體溫等重要指標(biāo)。
家庭醫(yī)療監(jiān)察和監(jiān)視系統(tǒng)可以幫助人們掌控自己的健康狀況，但是這些醫(yī)療設(shè)備必須快速和高效率，并能在最重要的時(shí)候保證工作。隨著便攜式醫(yī)療傳感器的發(fā)展，更長電池壽命和更小外形尺寸的需求對非組織入侵式護(hù)理來說變得愈加關(guān)鍵。
醫(yī)療測量設(shè)備一般需要整合多種信號調(diào)節(jié)電路，包括放大器、濾波、參考源和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等，才能分辨和識別傳感器信號。除了小尺寸外，讀取傳感器輸出的模擬電路要求低功率工作也很重要，這樣才能提供更長的電池壽命和更多的讀取次數(shù)。隨著更小更快的模擬IC的上市，通過墻上插座供電的小型、低功率醫(yī)療設(shè)備也變得越來越流行。
要求小尺寸和低功耗解決方案的醫(yī)療設(shè)備例子包括血液分析系統(tǒng)、脈搏血氧計(jì)、數(shù)字X射線和數(shù)字體溫計(jì)等等。
醫(yī)療測量使用的模擬電路
有些醫(yī)療測量需要模擬電路連續(xù)運(yùn)行，并且每秒要取得數(shù)千甚至數(shù)百萬個(gè)讀數(shù)。而有的應(yīng)用每天僅需要讀取一次。就這些偶然性測試而言，模擬電路僅需加一次電進(jìn)行測量，然后在一天的剩余時(shí)間中一直處于空閑狀態(tài)，此時(shí)可令其進(jìn)入低功率“休眠”模式。
模擬IC 的選擇取決于傳感器讀數(shù)的頻繁程度。模擬電路的核心是將來自傳感器的模擬讀數(shù)最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字結(jié)果的ADC，數(shù)字結(jié)果可儲存在存儲器中或顯示在屏幕上。就大多數(shù)便攜式醫(yī)療傳感器應(yīng)用而言，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的最佳選擇將是逐次逼近型寄存器(SAR)ADC。
選擇這類ADC 有很多理由。首先，SAR ADC 非常適用于測量從零赫茲 (穩(wěn)定狀態(tài)) 直到幾兆赫茲的信號。這些ADC 還具有快速響應(yīng)和低延遲性能，是測量單個(gè)輸入或多個(gè)輸入的理想選擇。另一個(gè)關(guān)鍵因素是功率。與閃存或管線型ADC 不同的是，SAR ADC 的功耗將隨采樣率的 變化而改變。因此，以每秒1 萬次采樣(10ksps)運(yùn)行的ADC 所需的功耗將低于以100ksps 運(yùn)行的功耗，而且功率節(jié)省非常顯著。例如，一個(gè)以每秒 幾百萬次采樣(Msps)速度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的SAR ADC 可能消耗幾毫安電流，而相同的SAR ADC 以1ksps或更低采樣率運(yùn)行時(shí)可能僅消耗幾十微安電流。
脈搏 血氧計(jì)就是受益于SAR ADC 為核心的一個(gè)醫(yī)療應(yīng)用例子。這種設(shè)備用于測量與病人血液中的血紅蛋白相當(dāng)?shù)难鹾�。脈搏血氧計(jì)檢測動(dòng)脈中的血液脈動(dòng)，因此還能計(jì)算病人的心律。一對發(fā)光二極管(LED)通過病人身體的半透明部分(通常是指尖)對著一個(gè)光電二極管。一個(gè)光發(fā)射器用660nm 的波長觸發(fā)一個(gè)紅色LED，同時(shí)用 940nm 的波長觸發(fā)一個(gè)紅外線LED。光電二極管接收這兩個(gè)信號，并將光致電流轉(zhuǎn)換成電壓。然后由ADC 測量這個(gè)電
