Linear用于高可靠性医疗应用的混合信号解决方案

时间：2012-05-04 12:05 来源：作者：

面向医疗成像的电源管理

今天的高可靠性医疗系统需要复杂的数字电源管理解决方案，以对大量电压轨进行排序、监察、监视和裕度调节。一个应用电路板有几十个轨的情况并非不常见，而且每一个轨都有自己独特的要求。典型情况下，这类系统的电源管理解决方案要求由FPGA或微控制器控制的几个分立器件分布于电路板各处，以对电源阵列进行排序、检查、监视和裕度调节。采用这种方案时，需要大量时间和工作量来开发必要的固件。

具EEPROM的LTC29788通道数字电源管理器(图4)为医疗系统设计师提供了一款集成和模块化的解决方案，与微控制器解决方案相比，该方案减少了调试时间和工作量。LTC2978可以对8个电源进行排序接通、排序断开、监视、检查、裕度调节和微调。多个LTC2978可以非常容易地利用单条共享时钟总线以及一个或多个双向故障引脚(图1显示了一个典型应用)进行级联，以在单条I2C地址总线上控制多达72个轨。

图4：具EEPROM的LTC29788通道数字电源管理器

此外，如果关键系统出现故障，那么LTC2978就用一种受保护的非易失性存储器构件来记录系统电压和故障信息。在非易失性存储器中保留关键系统数据，使用户能识别故障电压轨，并在系统开发、测试调试或故障分析时隔离电路板故障源。

LTC2978运用业界标准PMBus指令协议，以简化固件开发。LTC2978最重要的特点是其精确的集成基准和15位增量累加ADC，当测量或调节电源电压时，该基准和ADC提供±0.25%的绝对准确度。

LTC2978 成功的关键是凌力尔特公司的LTpower PlayTM软件工具，LTpowerPlay是一款可免费下载的软件，提供图形PC界面，在设计和测试中方便了与该器件的互动。LTpowerPlay 软件工具为使用LTC2978的功能提供了一种简单易用且非常强大的配置工具。该软件工具也将支持凌力尔特公司未来的数字电源管理器件。

为保护患者而产生的隔离要求

设计医疗产品时，一个重要的考虑因素是，接触患者的产品要满足IEC60601-1的4kV隔离额定值。此外，要求低势垒电容，以帮助最大限度地减少医疗设备的漏电流。患者或操作人员可能接触到的机壳漏电流称为“接触电流”。IEC60601规定，在正常工作时，该电流的限制为100A，在发生单个故障情况下，该电流的限制为500A。另一种漏电流测试标准规定了总的患者漏电流，该项规定量度的是，当医疗设备工作所需的所有应用部件与患者接触时产生的漏电流。

按照IEC60601-1标准，隔离势垒上的所有组件都须在持续1分钟的时间内满足4000VAC(或5600VDC)的隔离要求。该标准还定义了患者保护方法(MOPP)，该方法描述了降低患者受电击风险所需的隔离保护。该隔离保护包括爬电距离/间隙距离、绝缘及保护性接地线路。

凌力尔特公司用一个隔离器件产品线帮助满足了这些要求，该系列器件提供集成的电源，无需外部组件就可提供高达5kVRMS的隔离。该系列的第一批产品包括 2.5kV RMS LTM2881隔离式RS485(图5)和LTM2882双通道隔离式RS232微型模块(μModule?)收发器，2011年年初推出5kV的引脚兼容版本。两款产品都含有一个隔离式、效率高达65%的1W DC/DC转换器，在5V稳定输出时提供超出所需的功率。从耦合电容、二极管到甚至可切换的终端电阻器(LTM2881)，所有组件都集成到模块中。在收发器引脚上以及跨隔离势垒两端很强的ESD保护确保无闭锁或损坏。这些新的器件提供了一种非常坚固、甚至经历30kV/μs瞬态事件都能提供连续通信的解决方案。 LTM2881和LTM2882提供了一种低EMI解决方案，如果遵循良好的布局实践，那么该方案可满足EN55022B类辐射要求。