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医疗应用指南放大器、时钟、数据转换器、数字信号处理器、 数字温度传感器、接口、逻辑器件、微控制器、电源管理、射频IC2007 年第二季度目 录 本期主要内容消费及便携式医疗血压监测仪 心率监测仪 血液分析仪 数字体温计 脉搏血氧测定仪 (Pulse Oxymetry) 便携式医疗产品 系统支持产品 无线接口、RFID及Tag-it? 低功耗射频产品、ZigBee? 电源管理产品34 4 5 678-16 10 12 14 16诊断、患者监控及治疗心电图(ECG) 脑电图(EEG) 血氧量（脉搏血氧测定） 通气/呼吸 去纤颤器 电源管理产品2020 20 27 33 40 43医学成像超声波(Ultrasound) 核磁共振成像(MRI) 数字式X光 正电子放射层析成像(PET)扫描仪 电源管理产品4747 59 65 70 74（ 计算体层成像 Computed Tomography，简称CT） 55医疗设备 资源增强型产品 TI模拟eLab?设计中心 TI设计工具76 8080 81 822医疗解决方案指南目录消费及便携式医疗血压监测仪. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 4 心率监测仪. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 4 血液分析仪. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 5 数字体温计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 6 脉搏血氧测定仪(Pulse Oxymetry) . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . ... . . . . . 7 便携式医疗产品. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . .8-16 系统支持产品. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 10 无线接口、RFID及Tag-it? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .12 低功耗射频产品、ZigBee?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .14 针对便携式应用的电源管理产品. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .16诊断、患者监控及治疗心电图(ECG). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 脑电图(EEG). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 血氧量 (脉搏血氧测定) . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 通气/呼吸. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 33 去纤颤器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 40 针对诊断应用的电源管理产品 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43医疗成像超声波 (Ultrasound) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 计算体层成像 (Computed Tomography，简称CT) . . . . . . . . . . . . .55 核磁共振成像(MRI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 数字式X光. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65 正电子放射层析成像(PET)扫描仪. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 针对成像应用的电源管理产品. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .74医疗仪器医疗仪器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76资源增强型产品. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 80 TI 模拟eLab?设计中心. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 TI 设计工具. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments消费及便携式医疗消费及便携式医疗应用相关讨论章节目录 本期主要内容便携式医疗应用 血压监测仪及心率监测仪 血液分析仪 数字体温计 脉搏血氧测定仪(Pulse Oxymetry) 系统支持产品 无线接口、RFID及Tag-it? 低功耗射频产品 低功耗射频产品、ZigBee? 针对便携式设备的电源管理 针对便携式医疗的产品 3 4 5 6 7 10 12 14 15 16 183设备均为电池驱动、微控制器控制的手持设备，并采用不同的生 物传感器(bio-sensor)进行测量。但很明显，由于仪表类型及特性 设定对传感、处理及信息显示的要求不同，这些模块实际实现的 拓扑结构也会有很大差异。 主要设计考虑因素为超低功耗、高效率（源于延长电池使用 时间的需求）以及短时间响应的高精度（源于使用者对其健康状 况了解的迫切性）。额外的要求也将带来更多的需要，如额外的 内存以支持历史波形(historical profiling)的纪录，电缆线或无线接 口以用于将数据上载至家用、医生办公室内的计算机或是访问传 感器，甚至可能要求音频反馈以用于简单的良好/不良好指示或是 更为复杂的逐步使用说明。添加此类特性而不增加功耗是对此类 应用的重大挑战。德州仪器提供了宽范围的高性能微控制器、数 字信号处理器 (DSP) 、使用仪器、运算及缓冲放大器、数据转换 器、电源及电池管理、音频放大器以及有线和无线接口元件的产 品组合。便携式医疗应用不管是开发血糖仪、数字血压计、血气(blood gas)计，数字 脉搏/心率监测仪，抑或是数字体温计，都会涉及到五个系统层面 的模块：电源/电池管理、控制及数据处理、传感器输入的放大及 A/D转换、若干类型的显示以及传感器单元本身。一般来说，以上典型便携式医疗设备通用方框图2007年第二季度Texas Instrumentswww.ti.com/medical医疗应用指南4消费及便携式医疗血压及心率监测仪血压监测仪血压及心律监测仪系统可采用 Korotkoff 法、示波测量法 (Oscillometry) 或脉冲转变时间法之中的任意一种来测量血压。 该系统采用压力橡皮箍袖带 (cuff) 以及压力泵 (pump) ，并附加一 个传感器，以三阶段 (3 phases) 的方法测量血压及心律：充气 (Inflation)、测量、放气(Deflation)。该系统包括了LCD、选择按 钮、内存召回(memory recall)、电源管理以及USB接口。核心子系统包括：处理器/内存 ― 数字血压测量及心律测量通过微处理器实现。测 量结果以数据日志的形式暂存在闪存中，并可通过USB接口上传 至PC机。 用户界面 ― 允许使用者通过LCD显示屏控制血压测量流程并读取 测量结果。 传感器接口 ― 允许处理器控制橡皮箍袖带的充气/放气并感应血 压信号，该信号将被仪表放大器放大并通过ADC数字化。 功率转换 ― 转换源自碱性电池的输入功率，以用于驱动不公的 功能模块。示例应用方框图――血压监测仪心率监测仪心脏会产生一种电子化学脉冲并铺开 至整个心脏，此方式将导致细胞以一定的时 间规律收缩及放松，从而使心脏具有了搏动 (pumping)的特点。此搏动次序由一组被称为 窦房 (SA) 结点的神经元细胞发起，并导致心 脏细胞的极化振动 (polarization) 及反极化振 动 (depolarization) 。由于该行为的性质是电 相关的，且因为人体可感应其流动特性 (fluid content)，使得该电子化学行为可通过人体表 面皮肤测量。使用OPA2333及MSP430进行心率及体表温度测量的多功能系统注释医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments消费及便携式医疗血液分析仪血液分析仪血液分析仪最近的革新使其较之以往更轻松的实现快速测 量，可对血液进行诸如血气含量(blood gases)、葡萄糖(glucose)、 电解质(electrolyte)、血凝结(coagulation)、化学性质、血液学及心 脏标记(cardiac markers, cTnI)等多种极为重要的化验。同时随着 新数字技术的涌现，侵入式(invasive)血液分析仪将变得便携，并 用于进行血液系统中两大新陈代谢紊乱性化验的测量：葡萄糖及 胆固醇。 用于测量血液的两大方法是色彩反射(color reflectance)法以 及机电传感器技术(安培计法)。 反射法的模拟前端一般采用光学传感器(LED、光晶体管)及互 阻放大器。使用色彩反射法的测量是基于测试带的反射层所反射 色彩的强度，通过反射光度测定实现。分析仪对色彩的改变进行 量化并生成一个数字值以表征血液中胆固醇/葡萄糖的浓度。 在安培计法中，生物传感器(测试带)直接连接至互阻放大器。 血液中呈现的胆固醇/葡萄糖与测试带发生化学反应并产生改变， 该过程将通过安培计法测量。对于安培计法来说，尤其需要注意 对环境温度的测定以实现对测试带特性的补偿。 测量的次序通常由微控制器进行控制 (MCU) 。微控制器还进 行转换结果的处理，存储测量结果至EEPROM或闪存中并控制其 它功能，例如键盘区、实时时钟、声音/语音压缩以及串行通信以 连接至PC。 音频输出通过PWM电路或DAC提供。当得到测量结果时，两 种方法都可以产生“嘟嘟”声的指示信号并通过所采用的语音合 成器软件(例如ADPCM压缩算法)产生语音指令。测量结果将与测 量时间及数据一起以数据日志的形式存储至EEPROM或闪存中， 该数据日志还可通过RS-232或USB接口上传至PC。5示例应用方框图――血液分析仪2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南6消费及便携式医疗数字体温计数字体温计数字体温计正快速的取代传统的水银体温计。数字体温计更 快、更精确且更有效率。数字体温计采用了最新近的技术，不同 类型的数字体温计依照其应用部位(例如口腔、直肠、腋下、耳等 部位)的不同进行分类。耳体温计测量鼓膜的红外散热，该散热表 征了视丘下部(hypothalamus――大脑的温度控制系统)的温度。因 此耳体温计可采用红外传感器进行测量，同时其它类型的体温计 可采用热电堆(thermopile)或热敏电阻(thermistor)。 出于成本考虑，可选用不同类型的数字体温计。高端的体温 计具有多个热电堆或热敏电阻，其阻抗随温度改变。阻抗的变化 通过测量电压的变化得到。而后此模拟电压通过模数转换器(ADC) 进行数字化转换。ADC的速度及分辨率取决于所需信息的精度及 时间。但当ADC模块不可用时，可采用比较器及计时器数字化模 拟信号，采用斜率 (slope)A/D 转换。该方法常见于低成本的数字 体温计。单一斜率转换是简单的温度测量方法。电容、电源电压 以及频率随时间和温度漂移的改变都可通过比例测量原理 (ratio metric measurement principl)进行补偿。有关斜率转换原理的详 细信息可通过查询应用手册《Implementing an Ultra-Low-Power Thermostat with Slope A/D Conversion》(SLAA129)获得。 右侧的方框图同时展示了低端通用型及高端版本的体温计。 典型通用型数字体温计的ADC分辨率为12位或更高，取决于所需 要的精度级别。良好的基准同样有助于ADC实现更高的精度。微 控制器用于控制，低功耗的解决方案可采用低成本、低功耗的微 控制器，诸如集成了比较器及计时器的MSP430，可通过斜率A/D 转换技术实现模拟信号的数字化。 体温计还可具有其它的附加特性，诸如温度告警、测量结 束后的“哔哔”声、自动关断以及早先温度的数据日志。绝大 多数的体温计具有易于读取的显示，通常采用 LCD 显示屏及低 电量 (batter y-low) 指示器。其它外设还包括了数字 I/O 端口及 LCD 驱动器。低成本数字体温计通用方框图高精度数字体温计通用方框图医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments消费及便携式医疗脉搏血氧测定仪脉搏血氧测定仪脉搏血氧计是用于监测患者血氧含量的医 疗设备。该设备测量血氧量及心率，并当其降 低至某个预先确定的阈值时产生告警。此类监 测对于新生婴儿及手术过程极为有用。 非侵入式可视脉搏血氧计的设计所采用的 MSP430FG437 微控制器 (MCU) 将外设探针与 MCU有机结合在一起，并采用LCD玻璃屏显示 血氧状态及脉搏频率。该应用中的传感器同时 用于心率检测及脉搏血氧测量。探针被置于人 体外表的某点，例如指尖、耳垂或鼻前端。该 探针包含了两个发光二极管(LED)，其中一个处 于红色可见光谱 (660nm) ，另一个处于红外光 谱 (940nm) 。通过测量每一频率的光透过人体 的强度，然后计算出两个强度间的比值，可确 定人体的血氧百分数。 右侧的图标示例了一个采用超低功耗 MSP430 MCU的单片、便携式脉搏血氧计的实 现。由于高层次的模拟集成使得外部组件数量 保持了最小化。并且，通过保持通态时间 (ON time)的最小化以及两个灯光源的周期性供电， 使得功耗得以降低。7除了MCU及四个晶体管，其余所需组件均为无源元件。LED驱动电路2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南8消费及便携式医疗便携式医疗MSP430FG461x系列为高精度便携式仪器提供了完全 的片上系统(SoC) MSP430FG4616、MSP430FG4617、MSP430FG4618、 MSP430FG4619敬请访问 www.ti.com/sc/device/PARTnumber ，以获取样片、数据 表、评估板及相关应用报告。 ( PA RT n u m b e r 敬 请 使 用 M S P 4 3 0 F G 4 6 1 6 、 M S P 4 3 0 F G 4 6 17 、 MSP430FG4618或MSP430FG4619替换)主要特点? 可配置高达120kB闪存/8kB RAM ? 超低功耗实时时钟(RTC)运转 ? 零功率欠压复位(brown-out reset) ? 完全的片上系统： UART、SPI、I2C、IrDA OPA-ADC-MDA-DAC-OPA ? 电压可编程LCD驱动器 ? 片上追踪缓冲器(Trace buffer) ? 易于使用MSP430FG461x 微控制器 (MCU) 系列设计用于需要在单个 芯片内高度集成智能外设及大内存选项的高精度、实时便携式应 用。该 MCU 的扩展 1MB 内存模型支持更快的代码执行，可缩短 50%的全文(full context)存储周期，并缩短25%的外设、闪存或 RAM组件的寻址周期。此类MCU的完全配置包括了两个16位计时 器、一个高性能12位A/D转换器，双路12位D/A转换器、三个可配 置运算放大器，一个通用串行通信接口(USCI)、一个通用同步/异 步通信接口(USART)、DMA、80个I/O引脚以及一个带稳流充电泵 的液晶显示屏(LCD)驱动器。应用? 高精度电池供电应用，例如： 便携式医疗 便携式工业 低功耗射频MPS430FG461x原理框图医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments消费及便携式医疗便携式医疗（最大值）、100μA、SOT23-3串行 15ppm/° C 电压基准REF3112、REF3120、REF3125、REF3130、REF3133、REF3140 敬请访问 www.ti.com/sc/device/PARTnumber ，以获取样片、数据 表、评估板及相关应用报告。 (PARTnumber 敬请使用REF3112、REF3120、REF3125、REF3130、 REF3133或REF3140替换)91.8V、微功率CMOS运算放大器 零漂移系列OPA333、OPA2333 敬请访问www.ti.com/sc/device/OPA333或www.ti.com/sc/device/ OPA2333，以获取样片、数据表、评估板及相关应用报告。OPA333系列CMOS运算放大器采用了专利的自动校准(autocalibration)技术，同时提供了随时间和温度变化很小的电压偏置 (最大值10μV)以及近乎为零的漂移。该小型化、高精度、低静态 电流的运算放大器提供了高阻抗的输入端，支持共模态范围高于 电源轨100mV，轨至轨输出摆幅在电源轨50mV之内。可采用单端 或双路供电，最低电压+1.8V(±0.9V)，最高电压+5.5V(±2.75V)。 OPA系列提供了卓越的共模态抑制比(CMRR)，不会产生像传统补偿 输入级一样的交越误差。该设计为驱动模数转换器(ADC)提供了卓 越的性能且无需降低差分线性度性能。REF31xx 是精密、低功耗、低压降串行电压基准的产品系 列。 REF31xx 不需要负载电容，但可稳定于任意电容性负载并 可吸收/馈送(sink/sorce)高达10mA的输出电流。无负载状态下， REF31xx系列的工作电压与输出电压间的压降可低至5mV。主要特点? 低偏置电压：10μV（最大值） ? 零漂移：0.05μV/° （最大值） C ? 0.01Hz至10Hz噪声： 1.1μVPP ? 静态电流：17μA ? 电源电压：1.8V至5.5V ? 轨至轨输入输出 ? 封装模式：SC70、SOT23主要特点? 低压降：5mV ? 大输出电流：±10mA ? 高精度：0.2% (最大值) ? 低静态电流IQ：115μA (最大值) ? 卓越的标定漂移性能： 0° 至+70° 时，漂移为15ppm/° (最大值) C C C C40° 至+125° 时，漂移为 20ppm/° (最大值) C C C应用? 医疗仪器 ? 温度测量 ? 电池供电仪表 ? 电子秤(Electronic scale) ? 手持设备应用? 医疗设备 ? 数据采集系统 ? 便携式、电池供电设备 ? 手持测试设备基础数据采集系统2007年第二季度 Texas InstrumentsOPA333用于温度测量电路医疗应用指南10消费及便携式医疗系统支持产品2 I C总线I/O扩展电压电平转换随着微处理器工作电压的不断降低，有可能导致外设器件与 处理器间的无效性，从而中断器件间的接口连接。 TI 的转换器可 通过1.2V、1.5V、1.8V、2.5V以及3V节点间的电平转换，实现原本 不兼容的I/O端口间的通信。在本指南内，MSP430微控制器多次 出现在各种应用中，并具有3.6V(最大值)的I/O容忍度：因此，转 换器将可用于保护输入端并接口连接至高电压的外设。微控制器经常缺乏足够的可用多用途输入输出端口(GPIO)以 控制所有所需的外设，诸如控制多个 LED 或接口连接至键盘区。 I2C总线扩展器可增加多用途输入输出端口的数量，同时只占用极 小的板载空间（通过8引脚WCSP封装）。主要特点? 节省处理器引脚 ? 改善板载路由 ? 简化板载空间应用? LCD接口 ? 具有不同电源电压的接口器件推荐器件应用? 键盘区控制 ? LED控制 ? 温度感应推荐器件* 支持总线保持(Bus-hold)选项示例应用方框图示例应用方框图医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments消费及便携式医疗系统支持产品音频信号路由模拟开关最常见的应用之一就是信号路由。该应用有可能将 单个信号源路由至多个目标，也可能将多个信号源路由至单个目 标。单刀双掷的开关可用于任意一种情形。例如，使用开关将音 频功率放大器的输出重路由(reroute)至两个不同的扬声器。模拟开 关另一个常见的应用是将源自移动电话音频放大器的基带信号转 换至音频功率放大器以获得更高的功率输出。11USB至串行桥接器TUSB3410 敬请访问www.ti.com/sc/device/TUSB3410，以获取样片、数据表、评 估板及相关应用报告。TUSB3410以及TUSBWINVCP软件提供了一种便捷的方式， 通过USB端口与增强型UART（通用异步收发机）串行端口之间的 桥接，可将您基于串行的(serial-based)早期设备桥接至快速、灵 活的 USB 接口。 TUSB3410 包含了所需的逻辑功能，以实现与采 用USB总线的主控计算机的通信。TUSBWINVCP软件包可支持将 TUSB3410虚拟为COM端口，其效果与旧计算机背后的早期COM 端相同，从而使您可以使用业已存在的器件及应用而无需对其进 行任何改动。应用? 解多路复用(DeMUX)内置/外置扬声器 ? 多路复用(MUX)音频功率放大器 ? 低功耗路由 (&100mA) ? 音频增益调节主要特点? 兼容全速USB (12Mbps) ? 集成8052微控制器以及16Kbyte的RAM，可通过I2C总线从主机 或外部存储器装载 ? 集成增强型UART的特性包括： 可编程软件/硬件流控制 自动RS-485总线收发机控制，带或不带反馈(echo) 软件可选择波特率：50至921.6 kbaud 内置2通道DMA控制器，用于USB/UART大容量I/O ? TUSB3410UARTPDK产品开发工具箱(product development kit) 可为您的USB至串行开发实现跨越式起步。推荐器件应用? 手持仪表 ? 健康计量/监测 ? 替换早期闲置的PC COM端口示例应用方框图TUSB3410/MSP430应用方框图2007年第二季度 Texas Instruments 医疗应用指南12消费及便携式医疗无线接口、RFID以及Tag-it?射频识别(RFID)德州仪器 (TI) 的高频率 RFID 产品家族包括了 13.56MHz 高频 (HF) 转发器(transponder)及低功耗RFID识别器(reader)，此类器件 兼容ISO/IEC 15693以及ISO/IEC18000-3全球开发标准。典型的 射频识别的实现可用于诸如资产追踪、访问控制、血袋追踪、医 疗补给追踪、患者/人员鉴别、药物鉴别、医疗成像、产品认证以 及远程数字卫生保健管理等应用，还包括了许多非医疗相关的应 用。Tag-it HF-I家族产品规格支持标准 推荐工作频率 出厂前预烧写只读数字码 典型可擦写周期(于+25° C) 数据保持时间(于+55° C) ISO/IEC 15693-2, -3; ISO/IEC.56MHz 64bits 100,000 &10 years主要特点? ISO/IEC 15693-2, -3及ISO/IEC18000-3标准 ? 用户设定以及出厂前锁定每模块 ? 应用家族标识码(AFI)Tag-it HF-I 转发器嵌体(Inlays)德州仪器 (TI) 的 Tag-it HF-I 转发器嵌体系列包括了 13.56MHz 高频 (HF) 转发器 (transponder) ，兼容 ISO/IEC 15693 以及 ISO/ IEC18000-3 全球开发标准。此类器件可选用六种不同的天线外 形，带频率偏置(offset)，可将TI专利的激光调谐处理(laser-tuning process)集成到纸张、PVC或其它基础人造材料中，以提供一致的 识别性能。在产品交付之前，转发机都经受了完全的功能及参数 测试，以提供客户所期望的高品质。标准? 256比特用户存储器，8 x 32比特 ? FastSID（快速同步鉴定）高级? 256比特用户存储器，8 x 32比特 ? 密码保护写入命令 ? 命令失效IC功能 ? FastSID（快速同步鉴定）附加? 2k用户存储器，64 x 32比特 [请核实是否多了一个 6 ] ? 数据存储格式标识码(DSFID) ? 组合总量读取模块(Combined inventory read block)医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments消费及便携式医疗无线接口、RFID以及Tag-it?低功耗、多标准高频率RFID识别器TRF7960、TRF7961 敬请访问www.ti.com/sc/device/TRF7960或www.ti.com/sc/device/ TRF7961，以获取样片及数据表。13应用? 资产追踪 ? 访问控制 ? 血袋追踪 ? 医疗补给追踪 ? 患者/人员鉴别 ? 药物鉴别 ? 医疗成像及数据追踪 ? 产品认证及校准 ? 远程数字卫生保健管理 ? 以及多种非医疗相关的应用TRF7960是高度集成的模拟前端及数据框架系统，作为Tag-it? HF-I转发器嵌体家族的补充产品，可用于任意13.56MHz RFID识别器 系统。内置的可编程选项使其具有广泛的应用，同时可用于相近 及紧邻的 RFID 系统。 TRF7960高度集成，拥有卓越的性能、小外形 的尺寸以及多种低功耗模式，这些特许都使得TRF7960适用于电池 能量受限的医疗应用。主要特点? 支持ISO14443A/B、ISO15693以及Tag-it ? 完全集成协议处理 (OSI模型第三层及以下) ? 可编程输出功率：(100mW或200mW) ? 大工作电压范围：2.7V至5.5 V ? 分离的内置高电源抑制比(PSRR)低压降稳压器(LDO)可用于模拟、 数字及功率放大器(PA)部分，提供噪声隔离以获得更出众的识别范 围及可靠性 ? 并行8位或串行4位SPI接口，带12字节的FIFO (先入先出) ? 七种用户可选的超低功耗模式 功率降低(Power down)模式：&1mA 待机模式(Standby)：120mA 主动(Active)模式：10mA （仅做为接收Rx） ? 高度集成降低了总物料支出(BOM)及板载面积 集成LDO为MCU提供稳压 单晶体(Xtal)系统可为MCU提供输出时钟 ? 可免费提供带软件许可协议的MSP430软件库 ? 11个用户可读写及编程的寄存器 ? 封装模式：超小型32引脚QFN封装 (5mm x 5mm)原理框图TRF7960及TRF7961评估板(EVMs) 本期主要内容TRF7960及TRF7961评估板针对TRF7960及TRF7961多协议RFID收发机的性能进行评估。该评估板整合了模拟前端、协议处理、框架、错误 校验、以及多个带其它特性的集成电压稳压器，允许识别器的定制化/配置化，以用于终端应用。 TRF7961评估板包括如下特性： ? 支持ISO 15693标准 ? 支持德州仪器(TI)的Tag-it?标准 ? 自带板载的13.56MHz环路天线及接口 ? 通过标准的USB缆线实现与PC机(基于Windows?)主控软件的通信 TRF7960评估板不仅具有TRF7961评估板的全部特性，而且添加了如下特性： ? 同时支持ISO 14443A标准以及ISO 14443B标准(第三层) ? 协议指示LED――无须计算机指示标志位(tag)的检测2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南14消费及便携式医疗低功耗射频产品低功耗多通道收发机（频率低于1GHz）CC1100 敬请访问www.ti.com/sc/device/CC1100，以获取样片及数据表。低于 1GHz 的片上系统 (System-on-Chip) 射频解决 方案CC/F32 敬请访问www.ti.com/sc/device/CC1110，以获取样片及数据表。CC1100低成本的单片超高频(UHF)收发机，设计用于超低功耗 的无线应用。由于具有小外形尺寸、低功耗以及卓越的无线电性 能，使得CC1100可适用于小型化、电池供电的医疗应用 (低于1Ghz 的ISM―工业、科研及医疗频带)。CC1110 是低功耗片上系统 (SoC) 集成电路，设计用于低功耗及 低电压的无线通信应用。CC1110整合了CC1100射频收发机卓越的性 能，具有业界标准的增强型MCU、8/16/32kB的可在线(in-system)烧写 闪存、1/2/4kB RAM以及众多的可用外设。由于具有了多个高级低 功耗运作模式，使得CC1110的设计适用于需求低功耗的系统。主要特点? 低电流损耗：于 1.2kbps 、 433MHz 接收 (Rx) 时 14.5mA ，于 0dBm、433MHz发送(Tx)时15.5mA ? 高敏感度：于1.2kbps时C110dBm，1%分组错误率 ? 频带：300MHz―348MHz、400MHz―464MHz以及800MHz― 928MHz ? 电源电压：1.8V至3.6V ? 卓越的接收机选择性及模块化特性 ? 拥有许多强大的数字特性使其可结合廉价的微控制器轻松的组建 高性能RF系统 ? 封装模式：小外形QLP-20封装 (4mm x 4mm)主要特点? 低电流损耗 ? 高性能射频收发机核心(与CC1100相同) ? 8至14位ADC，附带最多8个输出端 ? 21个通用I/O引脚 ? 实时时钟及多个计时器 ? 8/16/32kB的在线可编程闪存 ? 1/2/4kB RAM ? 封装模式：6mm x 6mm QLP-36封装应用? 个人及便携式测量产品 ? 手持医疗诊断 ? 电池供电仪器 ? 医疗设备采用CC1110的多用途医疗设备，支持嵌入式128位AES硬件加密的安 全射频连接敬请同时参见CC2510及CC2511 ― 2.4GHz片上系统射频解 决方案。*产品预定发售日期为2007年第三季度无线血气分析仪敬请同时参见CC2500 ― 低功耗、2.4GHz射频收发机医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments消费及便携式医疗低功耗射频产品、ZigBee?ZigBee用于医疗应用世界正在走向无线化，医疗产品也不例外。越来越多的医疗 设备，特别是患者监测设备，都将受益于无线 ZigBee 技术。通过 使用无线传感器，患者可在医院，乃至于其居室范围内随意的走 动，传感器将随时监测并将极为重要的健康数据反馈给医院或是 医生。患者具体所处的地理位置将更为自由，这对于患者以及医 院双方都是有益的。 ZigBee标准使得公司企业拥有了一个简单、可靠、低成本、低 功耗且基于标准的无线平台以供其应用开发。TI的低功耗射频产品 组合的高性能射频IC提供了强健的、经济高效的解决方案，可用于 各种各样的医疗设备。15兼容IEEE 802.15.4/ZigBee规范的射频集成电路? CC2420：业界领先的射频收发机，可结合使用微控制器，从而提 供了极大的灵活性。 ? CC2430：真正的片上系统(SoC)，带集成微控制器 ? CC2431：片上系统，带集成定位能力 ? 硬件开发环境工具箱 ? 高性能及强健的参考设计 ? 免费的Z-Stack ZigBee 2006兼容栈 ? 免费的IEEE 802.15.4 MAC软件ZigBee软件开发套件? Z-Stack：业界领先的ZigBee协议栈，源自TI ? Z-Stack：协议栈扩展 ? Z-Tool (调试工具)CC2430原理框图应用? 患者监测 ? 医院设备追踪如需更多信息，敬请访问：www.ti.com/zigbee2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南16消费及便携式医疗针对便携式设备的电源管理采用超小型封装的高电源抑制比(PSRR)低压降稳压器 (LDO)TPS71710 敬请访问www.ti.com/sc/device/TPS71710，以获取样片及数据表。600mA开关、低输入电压(VIN)DC/DC增压转换器， 采用TSOT-23封装TPS61070 敬请访问www.ti.com/sc/device/TPS61070，以获取样片及数据表。TPS717xx低压降(LDO)、低功耗线性稳压器家族在提供非常高的 电源抑制比(PSRR)的同时保持了非常低的50μA接地电流，并采用了 超小型的5引脚SC70封装。该系列器件还具有快速启动、超低噪声 以及卓越的瞬态响应特性。TPS717xx系列器件可采用单个1.0μF陶瓷 电容稳定输出，并采用了精密的电压基准及反馈回路，可实现3% 的最大总体精度误差。TPS6107x是带集成FET的同步DC/DC转换器，可提供超宽负载范 围内大于90%的峰值功率转换效率，静态电流为19μA。1至3个碱 性/镍氢电池及单个锂离子电池供电的设备将受益于该器件0.9V至 5.5V的输出电压范围。其600mA开关电流限允许在0.9V输入的情况 下以3.3V电压输出高达75mA的电流。主要特点? 输入电压范围：2.5V至6.5V ? 定值输出电压：0.9V至3.3V ? 可调节输出电压：0.9V至5.0V ? 额定输出电流：150mA ? 低静态电流：50μA ? 采用1μF陶瓷电容稳定输出 ? 30μVRMS输出噪声，于100Hz至100kHz ? 因负载/线路/温度引起的精度误差小于3% ? 超高电源抑制比： ? 70dB于100Hz、1kHz 67dB于10kHz、100kHz 45dB于1MHz ? 封装模式：SC70-5封装以及6引脚2mm x 2mm SON封装、1.5mm x 1.5mm SON封装主要特点? 输入电压范围：0.9V至5.5V ? 0.9V输入(VIN)及3.3V输出(VOUT)时输出电流可高达75mA ? 开关电流限：600mA ? 全负载范围内高达90%的效率 ? 静态电流：19μA（典型值） ? 关断电流：0.05μA （典型值） ? 关断状态下负载分离 ? 可调节输出电压高达5.5V ? 1.2MHz转换频率，同步转换 ? 封装模式：3mm x 3mm x 1mm2 TSOT-23封装应用? 需要比电池供电更高电压的便携式医疗应用设备 ? 用于LCD的简易LED背光应用? 射频应用 ? 低噪声应用 ? 相机模块 ? 锁相环电源 ? VCO电源原理框图定值电压调节典型应用电路医疗应用指南 2007年第二季度 Texas Instruments消费及便携式医疗针对便携式设备的电源管理低成本、单元锂离子充电器，带FET及电流感应，采 用QFN-10封装bq24081 bqTINY? 敬请访问www.ti.com/sc/device/bq24081，以获取样片及数据表。17针对便携式应用领域的锂离子及锂聚合物电池 电量计ICbq27010 敬请访问www.ti.com/sc/device/bq27010，以获取样片、数据表、评估 板及相关应用报告。bq2408x 是高度集成的线性化锂离子充电管理 IC ，针对独立单 元锂离子电池及锂聚合物电池的USB充电及AC壁挂式适配器充电作 了最优化。该高度集成的独立单元锂离子电池充电管理IC可作为低 压降充电器用于设计空间受限型便携式应用。由于集成了一个1A 充电FET、反向阻隔电路、电流感应以及其他电池管理特性，该器 件仅需极少的外部元件设定。bq27010 (bqJUNIOR?) 系列是高度精确，出众的单元电池、锂 离子及锂聚合物电池电量监测及报告器件，针对于空间受限型便 携式应用。电量测量将对电池使用时间、温度、自放电及放电速 率加以补偿，以提供宽范围的工作状态下电池的实际耗尽时间信 息。该器件可直接工作于单电池，并可通过HDQ单线(bq27010)或I2C 串行接口(bq27210)实现与系统的通信。主要特点? 集成：1A FET、反向电流保护、电流感应、热关断、3mm x 3mm2 QFN-10封装 ? 电池管理：4.2V、±0.5% 电压稳压、充电终端、安全计时器、 自由温度监测 ? 自主电源选择 ? 带安全计时器的电池预处理(pre-conditioning) ? bq24080具有充电使能(CE)及供电良好(PG)功能，bq24081具有 计时器使能(TE)及温度感应 (TS)功能主要特点? 同时在测量及主机请求的负载值下报告准确的耗尽时间 ? 容量随时间推移自动降低 ? 报告温度、电压及电流 ? 无须用户校准 ? 可编程输入/输出端口 ? 动态的放电终止检测延时，允许用于大动态负载的环境应用 应用? 任意使用单元锂离子电池供电，并通过USB端口充电的便携式医 疗设备 ? 便携式医疗 ? 手持设备原理框图典型方框图2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南18消费及便携式医疗针对便携式设备的器件推荐器件推荐前瞻性器件以粗体蓝色标明。 新器件以粗体红色标明。 医疗应用指南 2007年第二季度 Texas Instruments消费及便携式医疗针对便携式设备的器件推荐器件推荐 (续)19前瞻性器件以粗体蓝色标明。 新器件以粗体红色标明。2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南20诊断、患者监测及治疗心电图/便携式心电图及脑电图章节目录心电图(ECG) /便携式心电图及脑电图(EEG) 针对心电图的器件推荐/便携式心电图及脑电图 脉搏血氧测定仪 针对脉搏血氧计应用的器件推荐 通气(Ventilation) 针对通气应用的器件推荐 自动外部去纤颤器(AED) 针对自动外部去纤颤器应用的器件推荐 针对诊断设备的电源管理 20 25 27 31 33 38 40 45 43信号采集的挑战心脏壁(heart wall)收缩所引起的动作电势(action potential)将 电流由心脏传播至整个人体。所传播的电流在人体的不同部位产 生不同的电势，可使用由金属或盐类制成生物传感器，通过电极 在皮肤表层感应得出。该电势属于交流(AC)信号，带宽为0.05Hz 至100Hz，有时还能高达1KHz。该电势通常处于1mV的峰峰值， 并夹杂于大量的外部高频噪声中，该噪声将产生50/60Hz的固有模 式干扰 ( 与电极信号混淆 ) 以及共模模式电压干扰 ( 共模至所有电极 信号)。 共模模式由两部分组成： 50 或 60Hz 干扰以及直流电极偏置 电势。处于生物医学带宽的其它噪声或高频成分源于输入中所耦 合的改变了皮肤与电极接触的人为运动、肌肉的收缩或肌动电流 的脉冲尖刺(spike)、呼吸运动(有可能使节奏或随机的)、电磁干扰 (EMI)以及来自其它电子设备的噪声。部分噪声可通过高输入阻抗 仪表放大器(INA)消除，例如INA326或INA118，可消除共模至双端 输入的AC线路噪声并放大输入端所残余的非直流信号；更高的功 模态抑制(CMR)将导致更大的抑制消除(rejection)。由于源自人体 的不同端点，左臂与右臂的心电图信号处于不同的电压电平，且 须被仪表放大器放大。为了更好的抑制50及60Hz的噪声，通过运 算放大器所得到的共模态电压被用于反相共模态信号，并通过A2 放大器驱送至患者的右腿。在此仅需少量（甚至更少）的小型放 大器即可实现有效的功模态抑制改善，且不会超出UL544标准的 限制。生物医学(Biophysical)监测概述人类的医疗数据采集系统，特别是患者监测系统，一直是 对设计人员提出的挑战，设计人员必须从非常大量的共模态电压 及噪声中提取出非常微弱的电信号。作为下行数字处理的补足， 前端放大器在此起了很重大的作用，可不断的改进测量并实现与 其他系统的通信。生物医学的测量包括了包含了电子及机械的信 号，以用于通常的监测、诊断以及临床或非临床环境下的科研用 途。为成功的应对信号采集的挑战，设计人员需要对信号源有一 定的认识，还需要具有良好的设计实践以及适当特性、特点和性 能的IC。使用5V单电源的CMOS器件，将三个心电图电极连接至患者。此电路还可工作于3.3V电源。医疗应用指南www.ti.com/medical2007年第二季度Texas Instruments诊断、患者监测及治疗心电图/便携式心电图及脑电图电源电压与大多数的其它应用一样，生物医学领域的系统电源电压也 一直趋向于更低的单电源电平。当前，双极型电源仍被采用，5V 系统在目前较为常见，但趋向于采用单个3.3V供电。该趋势是对 设计人员的重大挑战，设计人员必须面对至少300mV的直流电极 电势并更加注重于精密信号调节解决方案的需求。以下的讨论将 集中于单电源的设计，但其规则也将适用于双极型设计。推荐的 单电源及双极型电源目录请参见下文。21过此类线性化求和，可实现电极偏置的消除。而上述直流恢复器 (restorator)的作用就是将原本的直流耦合放大器转变为交流耦合 放大器。随着直流固有模式电压的消除，输出级可放大交流心电 图信号而不会产生过饱和(saturated)。仪表放大器需求? 低增益稳定性（增益为1至10） ? 高共模态抑制 ? 低输入偏置电流(IB) ? 良好的至输出轨摆幅(swing) ? 超低偏置及漂移频率响应标准的C3dB频率带宽对于患者监测来说是从0.05Hz至30Hz， 而诊断层次的监测则需求0.05Hz至100Hz，乃至更高。模拟前端 必须具备交流(AC)耦合以消除源自电极偏置电势的人为干扰。运算放大器需求? 高增益时的低噪性（增益为10至1000） ? 轨至轨输出 ? 超低偏置及漂移电极电势由于电极电势可实际到达± 500mV ，通过交流耦合消除电 极电势的影响就更为至关重要。反馈配置中的 ADC 恢复放大器 (restorator amplifier) 可消除直流偏置。如果左臂的直流偏置为 +300mV，而右臂电极为0V直流，则差分输入电压为300mV。由 于仪表放大器的增益为5，其输出为1.5V。倘若增益为50，乃至更 大，输出放大器将可能输出高达 75V 的信号，但实际上这是不可 能的，因为反馈积分器将施加一个等量的负向电压至基准端。通心电图/脑电图方框图2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南22诊断、患者监测及治疗心电图/便携式心电图及脑电图24位、快速通道循环ADCADS1258 敬请访问www.ti.com/sc/device/ADS1258，以获取样片、数据表、评 估板及相关应用报告。TMS320C28x? 控制器系列 定点MCU的控制、DSP性能TMS320C28x 敬请访问 www.ti.com/sc/device/TMS320C2802 ，以获取样片、数据 表、工具及相关应用报告。TI的ADS1258元件已被用于诸如患者监测及心电图系统等高精 密度、多通道的应用。该器件可有序地循环16个通道，循环时间小 于675μs。ADS1258使用了低噪声的delta-sigma ADC架构，单周 期(零延迟)高速转换速率可编程，速率从1.8k至23.7kSPS每通道， 不产生性能衰退。其灵活的输入多路复用器可接受8组差分或16个 单端信号的输入，满量程差分范围为5V，真双极型(true-bipolar)范 围为± 2.5V 。多路复用器的差分输出可获取，允许在 ADC 输入的 前端进行常用的输入信号调节，诸如缩放或滤波。附带的内置系统 监测寄存器提供了电源电压、温度、基准电压、增益以及偏置的测 量。TMS320C28x 系列数字信号处理器 (DSP) 具有 32 位、定点 C28x? DSP核心，运转性能高达150MIPS。其1.8/1.9V核心电压、 3.3V外设、易于使用的软件及硬件开发工具等特性可加速产品的面市。特点? 超快的20C40ns任意中断伺服时间 ? 强大的20 Mbit/s数据载入调试功能 ? 32/64位饱和，单循环读取-修改-写入指令，以及64/32位与32/32 位模数分配 ? 增强型工具套件，支持C及C++ ? 独特的实时调试功能 ? 32位单循环定点MAC ? 兼容TMS320C24x? DSP及TMS320C2xLP?源代码主要特点? 24位、无丢失编码(no missing codes) ? 固定通道或自动通道扫描 ? 固定通道数据率：125kSPS ? 自动扫描数据率：23.7kSPS ? 16通道扫描时间&675μs ? 单次转换(Single-conversion)确定数据 ? 16个单端或8个差分输入 ? 低噪声：1.8kSPS时仅有2.8μVRMS ? 卓越的交流及直流性能： ? 积分非线性度：0.0003% ? 偏置点漂移：0.02μV/° C ? 增益漂移：0.4ppm/° C ? 8个多用途输入输出端口 ? 32.768kHz锁相环晶体振荡器或外部时钟 ? 封装模式：QFN-48封装外设? 16至128千字分区闪存或出厂前编程的ROM（具有代码安全） ? 12位A/D，速度高达12.5 MSPS的吞吐量，最快转换时间为80ns ? 灵活的QEP、CAP、计时器以及PWM发生 ? 高分辨率模式 (High-res) ： 100kHz 分辨率精度为 16 位， 1.5MHz ePWM（增强型脉宽调制）频率是精度超过12位 ? 最多两个串行通信接口(SCI / UART) ? 最多四个串行外设接口(SPI) ? 最多两个增强型CAN 2.0B模块 ? McBSP或I2C接口应用? 患者监测 ? ECG心电图 ? 测试及测量系统 ? 快速扫描多通道仪器ADS1258原理框图医疗应用指南TMS320C28x 数字信号控制器方框图。C28x? 控制器是基于控制的32 位DSP ，具有片上可重复编程闪存、出厂前写入ROM 或经济高效的 单一RAM内存选项，其性能可达100至150MIPS。2007年第二季度 Texas Instruments诊断、患者监测及治疗心电图/便携式心电图及脑电图3.3V高速数字隔离器ISO721, ISO722 敬请访问www.ti.com/ISO721或www.ti.com/sc/device/ISO722，以获 取样片、数据表、评估板及相关应用报告。23零漂移、低偏置单电源运算放大器OPA334、OPA335 敬请访问www.ti.com/sc/device/OPA334或www.ti.com/sc/device/ OPA335，以获取样片、数据表、评估板及相关应用报告。ISO721数字隔离器是逻辑输入和输出缓冲器，通过二氧化硅 (SiO2)绝缘势垒分离提供高达4000V电隔离。当与隔离电源协同使 用时，该器件可防止数据总线或其他电路上的噪声电流进入本地 参考地(ground)以及干扰或损坏敏感电路。 二进制输入信号在被调节并转换至稳定信号之后，由电容性 绝缘势垒对其进行分离。在绝缘势垒的两端，差分比较器将接收 逻辑变换信息，然后相应地对触发器(flip-flop)及输出电路进行置 位或复位操作。通过绝缘势垒来发送周期性刷新脉冲，以确保正 确的输出DC电平。如果在超过4μs的时间里未接收到该DC刷新脉 冲，则认为输入无供电或不处于工作状态，失效保障电路将把输 出驱动至逻辑高电平状态。OPA334及OPA335 CMOS运算放大器采用了自动调零技术， 同时提供了随时间和温度变化很小的偏置电压(最大值10μV)以及 近乎为零的漂移。此类高精密放大器提供了高输入阻抗以及轨至 轨输出摆幅。主要特点? 低偏置电压：5μV（最大值） ? 零漂移：0.05μV/° （最大值） C ? 静态电流：285μA ? 封装模式：SOT23-5、SOT23-6、SO-8、MSOP-10（双通道）应用? 传感器应用 ? 电子衡器 ? 温度测量主要特点? 4000V隔离 ? 失效保障输出 ? 信号传输速率高达100Mbps ? 通过了UL1577、IEC(VDE 0884, Rev. 2)、IEC61010-1 和CSA标准的认证 ? 可承受25 kV/μs的瞬变OPA335――5V供电桥式放大器 ISO721原理框图2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南24诊断、患者监测及治疗心电图/便携式心电图及脑电图精密、轨至轨输入/输出仪表放大器INA326 敬请访问www.ti.com/sc/device/INA326，以获取样片、数据表、评估 板及相关应用报告。针对便携式应用的4/8通道、16位串行输出ADCADS8341, ADS8342, ADS8343, ADS8344, ADS8345 www.ti.com/sc/device/PARTnumber （PARTnumber敬请使用ADS8341、ADS8342、ADS8343、ADS8344 或ADS8345替换）INA326是带轨至轨输入输出的精密仪表放大器，支持真正的 单电源运作。该器件具有超低的直流误差，并具有超过正相及负 相电源轨的优异输入共模范围。其长期稳定性以及超低的频率(1/f) 噪声特性确保了在产品寿命周期内极低的偏置电压及漂移。ADS8341是带同步串行接口的4通道、16位ADC，于100kHz 吞吐及+5V电源供电时典型功耗为8mW。基准电压的变化范围介 于500mV至VCC之间，提供了相应的输入电压范围为0V至VREF。该 器件最低工作电压低至2.7V。串行接口还提供了低成本的隔离以 用于远程数据采集。主要特点? 低偏置：100μV（最大值） ? 低偏置点漂移：0.4μV/° （最大值） C ? 卓越的长期稳定性 ? 超低频率(1/f)噪声 ? 输入共模态范围：200mV低于负相电源轨至100mV高于正相电源轨 ? 宽输出摆幅：电源轨10mV以内 ? 单电源：+2.7V至+5.5V ? 封装模式：MSOP-8、MSOP-10主要特点? 转换率：高达100kHz ? 4/8通道单端或2通道差分输入 ? 信号噪声失真比(SINAD)：86dB ? 串行接口 ? 单电源：2.7V至5V ? 封装模式：SSOP-16应用? 医疗仪器 ? 多通道数据采集系统 ? 低电平传感放大器，用于电桥、负载单元及热电偶 ? 宽动态范围传感器测量应用? 测试及测量 ? 数据采集 ? 电池供电设备ADS8341原理框图INA326原理框图医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments诊断、患者监测及治疗心电图/便携式心电图及脑电图器件推荐25前瞻性器件以粗体蓝色标明。 新器件以粗体红色标明。2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南26诊断、患者监测及治疗针对心电图/便携式心电图及脑电图的器件推荐器件推荐 (续)医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments诊断、患者监测及治疗脉搏血氧测定概述脉搏血氧计通过感应去氧(deoxygenated)及氧化(oxygenated) 血色素对红外线及红光的吸收量测定血氧含量。 脉搏血氧计包含了感应探针及显示器，前者附于患者的耳 垂、脚尖或指尖并连接至数据采集系统以实现测量，后者显示血 氧饱和度、心率及血流量。光源，典型的发光二极管，将放射出 红色可见光及红外光。去氧血色素允许更多的红外线通过并吸收 大量的红色可见光，高度含氧的血色素允许大量的红色光通过并 吸收更多的红外线。血氧计感应并计算上述波长光的总量，该总 量与血色素的氧饱和度(或欠饱和度)成比例。 由于使用了光波进行吸收测量，设计人员需要真正的“光 电”转换(使用电流作为输入信号)。适用于脉搏血氧计应用的光电 二极管放大器类型是传统的电阻反馈式互阻放大器以及电容反馈 式开关积分器。在任一放大器配置中，所产生的输出电压都将通 过模数转换器读取，并进行串行化处理以便于 MSP430 微控制器 或TMS320? DSP进行处理。27信号采集的挑战电阻反馈放大器电路如右图所 示，为最常见的生物电互阻电路。 放大器采用反相配置，光波照射在 光电二极管上产生微弱的电流， 该电流流经放大器的求和连接点 (summing junctioon)并通过反馈电 阻。由于给定了非常大的反馈电阻 值，此电路对于光密度的变化极为敏感。例如，输入光的强度仅 为0.001μW即可产生全刻度(full-swing)的输出。 取决于设计的需要，使输出摆幅降至乃至低于参考地将非常 有用。自动归零互阻放大器配置如下图所示，图A允许摆幅降至参 考地，图B允许摆幅非常接近参考地。图B中连接至C5V的下拉电 阻将允许摆幅稍微低于参考地，从而使输出非常接近于零电压时 的误差最小化。如上图所示，人体的血液中的氧饱和度可基于Lambert Beer定律如下 计算：（通常值介于94%至98%之间）上式参数为：最终测定光量(I) ；所采用的光源(I O) ；消光系数(ε，从 上图计算得出) ；血色素的“总量”，带 ( χ) 标注，分别指代含氧 血色素及去氧血色素。上图展示了去氧血色素(Hb) 及含氧血色素(HbO 2) 对不同 光谱的吸收。2007年第二季度 Texas Instruments www.ti.com/medical 医疗应用指南28诊断、患者监测及治疗脉搏血氧测定TI 的 OPA380 是整合了 OPA355 及自动归零 OPA335 放大器的 单芯片集成电路。该器件可提供90MHz的增益带宽产出，性能可 比肩1MHz互阻放大器，具有极高的精度（最大偏移25μV，最大 漂移0.1μV/?C）。取决于设计的需要，开关积分器将是非常有效的解决方案。 TI的IVC102不存在反馈电阻的热噪声，也不会碰到大反馈电阻互 阻放大器常见的稳定性问题。采用单个光电二极管及两片IVC102 可消除暗流 (dark current ，无光时产生的电流 ) 及环境光照的误 差，因为两个器件共有的误差可通过相减消去。并且，IVC102允 许以整数倍的 AC 线路频率同步采样，从而给出了非常高的噪声 抑制能力。互阻增益可通过延长或缩短S2开关的积分时间轻松改 变。设计提示反馈回路内的小(& 1pF)电容(CF)将控制因二极管电容而导致的 增益剧增。噪声(电压输出的波动)是源于电阻噪声、放大器及电流 噪声以及环境噪声的拾取(例如：50或60Hz线路噪声)。为最小化 电路噪声，设计人员应选用低噪声的放大器、选区尽可能大的实 际反馈电阻、对放大器输入端采取射频屏蔽、采用低通滤波器并 采用较好的PCB布线技术。 如果光电二极管的关断电阻比反馈电阻大许多，偏移电压 则不是那么重要。如果极为注重偏置电压的稳定性，采用包括 OPA335的自动归零解决方案是最佳选择。 为了实现最佳的精度，系统设计者可选择最新的 OPA380 。 OPA380 设计用于满足对互阻要求苛刻的应用需求，可提供无 与伦比速度 (85MHz GBW 增益带宽，互阻带宽大于 1MHz) 与精 度 ( 最大偏移 25 μV 、漂移为 0.1 μV/?C 、并具有低频率 1/f 噪声 ) 组 合。离散的状况可使用OPA350或OPA355替代，并在积分器稳定 (integrators-stabilized)的互阻配置中添加OPA335，以实现电路所 需的第偏移及低漂移。且可以看到，添加OPA335积分器至基本的 互阻放大器还将进一步降低原本就很低的频率噪声。主要特点? 在所关注的温度范围内具有低输入偏执电流 ? 相对于光电二极管电容更低的输入电容 ? 高增益带宽产出 ? 低电压噪声 ? 随温度变化及小的偏置点漂移，以实现精度最大化 ? 对于单电源系统： 如光电二极管工作于光伏模式(photovoltaic mode,零偏置)，要 求轨至轨输入(包括0V)及输出 如光电二极管工作与光导模式(photoconductive mode，带偏 置)，要求轨至轨输出 对于电池供电系统，要求可关断及/或低供电电流医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments诊断、患者监测及治疗脉搏血氧测定中端解决方案优势：? 单芯片解决方案 ? 高分辨率 ? 低噪声 ? 通过调节积分时间实现宽输入范围 ? 无须二极管电流的直流校正29精密开关式积分器互阻放大器IVC102 敬请访问www.ti.com/sc/device/IVC102，以获取样片、数据表、评估 板及相关应用报告。IVC102 是精密积分放大器，带 FET 运算放大器、积分电容及 低渗漏 FET 开关。该器件在用户确定的周期内对低电平的输入电 流进行积分，并将结果电压值储存于积分电容内。IVC102为传统 的互阻运算放大器电路 ( 需要电阻值很大的反馈电阻 ) 提供了一个 精密、低噪声的替换，可放大原子光电二极管及电离室(ionization chamber)的低电平传感器电流。输入信号可谓正相或负相。主要特点? 片上积分电容 ? 通过定时实现对增益的变成设定 ? 低输入偏置电流：750fA(最大值) ? 低非线性度：0.005%(典型值) ? 低开关充电注入 ? 快速脉冲积分中端解决方案方框图应用 高端解决方案优势：? 超高分辨率 ? 大噪声免疫，源于差分输出 ? 大噪声免疫，源于可实现的AC电源同步 ? 大噪声免疫，源于对积分的自由读取以及通过SW复位开关 ? 无须二极管电流的直流校正 ? 自由设定可编程积分时间，支持覆盖极大的输入范围(&24位) ? 精密的微弱电流测量 ? 光电二极管测量 ? 电离室测量 ? 电流/充电输出传感器 ? 渗漏电流测量高端解决方案方框图IVC102原理框图2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南30诊断、患者监测及治疗脉搏血氧测定双路、电流输入、20位充载数字化ADCDDC112 敬请访问www.ti.com/sc/device/ DDC112，以获取样片、数据表、评估 板及相关应用报告。1.1nV/OPA211低噪声、低功耗精密运算放大器敬请访问www.ti.com/OPA211，以获取样片、数据表、评估板及相关应 用报告。DDC112 是双路输入、宽动态范围、充载数字化 ADC ，允许 将低电平电流输出 IC 直接连接至其输入端。充载积分可实现连续 化，因为没个输入可使用两个积分器：当一个积分器处于数字化 转换期间，另一积分器可用于积分。除了内置的可编程满量程范 围，外部的积分电容还允许附加的用户自定义的、高达1000pC的 满量程范围。用于保持转换结果的高速的串行移位寄存器可配置 为支持多个层叠DDC112芯片，从而最小化了器件互联。OPA211系列实现了非常低的1.1nV/ Hz 噪声密度，电源电流 仅为 3.6mA ，提供了轨至轨输出摆幅以获取最大化的动态范围。 在精密数据采集系统中， OPA211 可提供小于 1 μ s 的稳定时间， 并提供了 16 位的精度乃至 10V 的输出摆幅。 OPA211 的偏置仅为 100μV且偏置点随温度的漂移很小，结合上述AC性能，OPA211 可驱动快速、高精度的ADC或缓冲高分辨率的DAC做输出。主要特点? 输入电压噪声：100nVPP，0.1Hz至10Hz ? 低偏置电压：100μV （最大值） ? 低偏置电压漂移：0.2μV/°C （最大值） ? 电源电流：3.6mA每通道 ? 增益带宽产出：80MHz (G = 100) ? 转换速率：27V/μs ? 电源电压范围：±2.25V至±18V、+4.5V至+36V ? 输出电流：30mA ? 一致增益稳定 ? 封装模式：微型DFN-8、MSOP-8、SO-8封装主要特点? 单芯片解决方案，可用于测量光电二极管 ? 高精度、真正的积分功能 ? 低噪音：3.2ppm, rms ? 出众的线性度性能：±0.005%积分非线性，读取±0.5ppm FSR ? 可编程满量程范围：50pc至1000pc ? 单电源：+5V电源 ? 封装模式：SO-28、TQFP-32封装应用? 血液分析 ? 液相/气相色谱法 ? 直接光传感器数字化 ? 红外测温应用? 医疗仪器 ? 便携式医疗设备 ? 超声波放大器 ? 低噪声、低功耗信号处理引脚配置 DDC112原理框图 *产品预计发售日期为2007年第三季度医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments诊断、患者监测及治疗针对脉搏血样计应用的器件推荐器件推荐31前瞻性器件以粗体蓝色标明。 新器件以粗体红色标明。2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南32诊断、患者监测及治疗针对脉搏血样计应用的器件推荐器件推荐（续）前瞻性器件以粗体蓝色标明。 新器件以粗体红色标明。医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments诊断、患者监测及治疗通气便携式呼吸设备便携式呼吸设备可为患者提供适当剂量的供氧。在气阀前端 的压力传感器测量吸入空气的压力，同时另一个处于气阀后端的 压力传感器测量呼出的压力。微控制器将采用源自两个压力传感 器以及一个流量传感器的数据计算出气阀的输出，并调整气流。 医疗工作者可通过触摸屏或键盘设定适合的气流量。便携式的设 备，例如应用于救护车的设备，应具有优秀的电源管理电路以支 持主电源及电池供电运作。未来的设计将很可能装备无线数据传 输模块。33更多信息压力传感器对呼吸设备来说极为重要。敬请参见第34页以获 取有关压力传感技术及考虑因素的简要指南。其它可考虑的TI元件? DRV103作为气阀驱动器 ? 功率放大器家族OPA54x、OPA56x，作为气阀驱动器 ? bq系列电源管理IC，用于电池充电及电量计 ? LED驱动器 ? 低功耗无线器件，可用于未来的设计 ? RS-485(SN65HVD3082)、CAN(SN65HVD251)或其它用于传感 器与控制器载板之间通信的接口IC便携式呼吸设备方框图2007年第二季度Texas Instrumentswww.ti.com/medical医疗应用指南34诊断、患者监测及治疗通气/气压相关讨论压力传感器与金属厚膜、陶瓷、及压阻现象相关，可将一定的物理量――重量、轮胎压力、水平、力以及流动――转换为 mv/V范围的差分信号。大多数的设计人员选用经济高效的压阻式 传感器(25mbar C 25bar)。但是此类压阻式传感器具有很大的非线 性度、随温度改变且具有大的偏置及偏置点漂移。而且，此类传 感器还需要特别注意电相关的教准及补偿。 下面的框图为某压力信号调节系统的原理框图。 传感器信号调节 ― 实现了所需的功能，以用于对传感器信号 的教准、温度变化补偿、缩放及线性化。 模拟/数字处理 ― 有两种方式可实现对传感器信号的转换及 线性化。源于模拟技术的模拟解决方案可提供模拟输出。此项技 术廉价且快速，但受限于11至16位的最大分辨率。数字技术更为 精确，可达24位，以适中的速度提供数字输出。 电桥激励线性化电路为桥式压力非线性(如右图的抛物线波形) 修正作了最优化。线性化电路数字可编程，但纯模拟信号调节侧 仍然采用与TI知名的4-20mA收发机相同的处理流程进行处理，例 如XTR105、XTR106或XTR108。 PGA309 的核心是一个精密、低漂移的可编程增益仪表放大 器，采用了自动归零技术并包括了可编程错误检测及过 / 欠幅度 (over/under scale)限制。该器件还提供了一个数字温度补偿电路。校 准可任意通过单线数字串行接口或通过双线工业标准的连接实现。 校准参数被存储于外部的非易失性存储器中，可免除手动的 微调并实现长期的稳定性。 PGA309 的评估板 ( 敬请参见下文 ) 包 括了软件及校准表，可轻松的实现对您传感器 +PGA309 组合的 评估。高度集成的 CMOS PGA309 可采用 TSSOP-16 封装，专为 桥式压力传感器量身定做，是 TI 高度灵活的超低噪声放大器及仪 表放大器解决方案 ( 该解决方案还包括了 OPAx227 、 OPAx132 、 OPA335、OPA735、INA326、INA327、INA118以及INA122)产品 组合的一员。PGA309桥式压力非线性修正PGA390EVM评估板方框图医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments诊断、患者监测及治疗通气持续正压通气机TMS320C2000? 敬请访问www.ti.com/sc/device/c2000，以获取样片、数据表、评估板 及相关应用报告。35持续正压通气机(CPAP)是避免使用插管疗法(intubation)的有 效途径，可降低伴有剧烈呼吸衰竭患者的死亡率，并可用于辅助 伴有睡眠呼吸终止以及渐降型慢性呼吸衰竭症状的患者。 持续正压通气机的设计人员注重于高效的运转电机以驱动持 续的气流供给患者，注重于尽可能多的减少系统板载元件数量以 实现低成本，还注重易于开发以加速的产品面市。 持续正压通气机的系统设计人员极为看重TMS320C2000数字 信号控制器，源于其非同一般的能力，包括： 1、TMS320C2000数字信号控制器是高性能、低功耗的集成电路， 可实时的控制电极的速度、位置及扭矩。在需要的情况下，控制器 甚至可以提供处理能力，可采用源自旋转变压器(resolver)、编码器 及霍尔效应(hall effect)传感器的数据，通过执行非常精密的位置及 速度估计算法实现对电极的控制。 2 、此类高性能的控制器不仅提供了精确的电机控制，同时还能提 供附加的MIPS及外设集成，以胜任主控MCU的角色。此类IC的性 能可高达150MIPS，具有高层次的外设集成――带片上闪存、12位 16通道ADC(性能可高达12.5MSPS)、多通道输入输出引脚，因而设 计人员可使用单个控制器实现更低的成本。 3 、 C 2 0 0 0 ? 平 台 具 有 宽 泛 的 电 极 控 制 资 料 库 ( w w w. t i . c o m / c2000appsw)，可帮助开发人员获取所需的软件框架，以控制单相 (1ph)或三相(3ph)无刷直流(BLDC)电机。并且，C编译器的高效率免 除了对大多数汇编编码的需求。TMS320C2000? 数字信号控制器方框图主要特点? 性能高达150 DSP MIPS，以降低系统成本 ? 片上可编程闪存 ? C编译器的高效率免除了对大多数汇编编码的需求 ? 10位或12位ADC，可支持最高16通道以及12.5MSPS的速度 ? 带死区(deadband)的独立或补偿脉宽调制(PWM) ? 独立的责任周期(duty-cycle)或相位控制 ? 150ps 高分辨率PWM ? 编码器接口及事件捕获输入端 ? CAN 2.0B、SCI、SPI以及I2C接口 ? 大产品寿命周期，确保了供应的持续性TMS320C2000? 数字信号控制器用于简化患者监测系统2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南36诊断、患者监测及治疗通气/气压相关讨论完全电压输出、可编程桥式传感器信号调节器PGA309 敬请访问www.ti.com/sc/device/PGA309，以获取样片、数据表、评估 板及相关应用报告。用于电子管 (Valve) 、螺线管及线圈的脉宽调制低侧 (Low-Side)驱动器DRV103 敬请访问www.ti.com/sc/device/DRV103，以获取样片、数据表、评估 板及相关应用报告。PGA309 是可编程模拟信号调节器，设计用于桥式传感器。 模拟信号通路对传感器信号进行放大，并可通过外加作用(applied stress，例如压力、应变)提供针对零点(zero)、幅度(span)、零点 漂移、幅度漂移以及传感器线性化误差的数字校准。校准可通过 单线数字串行接口或通过双线工业标准的连接实现。校准参数存 储于外置非易失性存储器内(典型采用SOT23-5)以免除手动微调并 实现长期稳定性。DRV103 是低侧 DMOS 功率开关，采用了脉宽调制 (PWM) 输 出。其强健的设计为驱动机电设备（诸如电子管、螺线管、继电 器、致动器、电机以及定位调节器）作了最优化。脉宽调制的运 作方式节省了功耗并降低了发热量，获得了更佳的可靠性，其可 调节的脉宽调制还允许精密的控制至负载的功率输出。直流至脉 宽调制(DC-to-PWM)输出延迟时间及振荡器频率也可外部调节。主要特点? 比例制或绝对电压输出 ? 通过单线或双线接口实现数字校准 ? 免除电位计及微调 ? 总体调谐误差较低，且不随时间变化(time-stable) ? +2.7V至+5.5V运作 ? 封装模式：小型化TSSOP-16封装主要特点? 大输出驱动能力：1.5A及3A版本 ? 宽电源电压范围：+8V至+32V ? 完备的功能： 数字控制输入 脉宽调制输出 可调节内部振荡器：500Hz至100kHz 可调节延迟及责任周期 ? 完全的保护 过热机电流限关断，带状态良好指示标志位 ? 封装模式：SO-8、SO-8 PowerPAD?封装应用? 桥式传感器 ? 远程4-20mA发射机 ? 应变、负载、重量测量 ? 车载传感器应用? 机电驱动器: 螺线管、电子管、定位调节器、致动器、继电器、电源接触线圈 ? 水力及气压系统 ? 医疗及科研分析仪 ? 化学处理 ? 环境监测及HVACPGA309原理框图DRV103原理框图医疗应用指南 2007年第二季度 Texas Instruments诊断、患者监测及治疗通气大电压、大电流运算放大器OPA549 敬请访问www.ti.com/sc/device/OPA549，以获取样片、数据表、评估 板及相关应用报告。37带双比较器的高侧测量电流并联监视器INA206、INA207、INA208 www.ti.com/sc/device/PARTnumber (PARTnumber敬请使用INA206、INA207或INA208替换)OPA549 是大电压、大电流运算放大器，设计用于驱动一系 列的负载。该器件提供了稍低层次的信号精度以及大输出电压和 电流，内置了过热状态及电流过在保护。并且OPA549还提供了精 确的、用户自设定的电流限。与其他在输出电流通路上串联“功 耗”电阻(&power& resistor)的设计有所不同，OPA549直接感应负 载，从而允许采用单个电阻 / 电位计实现从 0A 到 10A 的电流限调 节，或通过电压输出或电流输出的DAC实现数字控制。INA206、INA207及INA208是高侧电流并联监视器家族，带 电压输出、双比较器以及电压基准。INA206、INA207及INA208 可感应横跨并联端的共模电压压降，范围从C16V至+80V。该系列 器件还拥有三种输出电压增益模式：20V/V、50V/V以及100V/V， 带宽高达500kHz。此类IC整合了两个漏极开路的比较器，带0.6V 内部基准。比较器1包括了闭锁(latching)功能，比较器2为用户可 编程延时的14引脚版本。该14引脚版本还提供1.2V的基准输出。主要特点? 大输出电流：8A持续输出，10A峰值输出 ? 宽电源供电范围： 单电源：+8V至+60V 双电源：±4V至±30V ? 宽输出电压摆幅 ? 高速转换率：9V/μs ? 控制基准引脚 ? 完备的保护：热关断、可调节电流限 ? 输出失效控制 ? 封装模式：11引脚功率封装主要特点? 完全电流感应解决方案 ? 共模态范围：C16V至+80V ? 高精度：3.5%（最大值）温度漂移误差 ? 带宽：500kHz ? 静态电流：1.8mA ? 封装模式：SO-14、TSSOP-14、MSOP-10封装应用? 医疗设备 ? 电源管理 ? 电池充电器 ? 笔记本电脑应用? 电子管、致动器驱动器 ? 同步、伺服驱动器 ? 测试设备 ? 传感器激励 ? 电源供给INA206原理框图 OPA549原理框图2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南38诊断、患者监测及治疗针对通气应用的器件推荐器件推荐前瞻性器件以粗体蓝色标明。 新器件以粗体红色标明。医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments诊断、患者监测及治疗针对通气应用的器件推荐器件推荐 (续)39前瞻性器件以粗体蓝色标明。 新器件以粗体红色标明。2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南ernal Defibrillator (AED) l Defibrillator (AED)The automated external defibrillator (AED) is a highly sophisticated body to depolarize most of the heart cells, which often re-es ator is40highly highly sophisticated body to depolarize mostthatthe heart cells, which whichre-establishes coordinated contractions and normal rhythm. The amount of body to depolarize most of the assesses and automatically ED) (AED) is a sophisticated microprocessor-based device of monitors, heart cells, often often re-establishes a at monitors, assesses and automaticallypatients with life-threateningnormalnormal rhythm. The amount of flowing is determined by the capacitor and body impedance. coordinated contractions and rhythm. It captures of flowing current tors, assesses and automatically treatscoordinated contractions and heart rhythms.The amountECG ningrhythms. It 自动外部去纤颤器(AED) is determined by runs capacitor andimpedance. The Theaccompanying graph shows the level of current and the leng heart rhythms. It captures ECG currentcurrent signals from thedetermined by the capacitor and body body impedance. art captures ECG is therapy electrodes, the an ECG-analysis algorithm to des, runs an ECG-analysis algorithm to shockable rhythms,shows shows theof the operatorthe length length of time accompanying and the level level of and about ns an ECG-analysis algorithm to identify accompanying graph graphthen advises currentcurrent and the of time the current flows through the body. 许多司法部门及医疗主管还需要自动外部去纤颤器具有音 then advises自动外部去纤颤器 (AED) defibrillation isflows through basic defibrillator contains a the operator the flows necessary. A the dvises the operator about aboutwhether是高度精密的、基于微处理器的设 the currentcurrent through the body. body. Many jurisdictions and medical directors also require that the ary. A basic defibrillator containshigh-voltage power supply, storage capacitor, optional inductor and a 备，可监测、估算并自动的治疗心律节奏危及生命患者。该设 频录制功能，以用于心脏骤停 (cardiac arrest) 事发现场的录音， basic defibrillator contains a Many jurisdictions and medical directors also that the AED record record Many jurisdictions and medical directors also requirerequire that the AEDthe audio from the scene of a cardiac arrest for post-event a age capacitor, optional inductor and pacitor, 备通过治疗电极采集心电图信号，并通过心电图分析算法确定 arrest for post-event analysis. All optional inductor and patient electrodes (see block diagram). Itadevelops an electrical charge the audio from the scene of cardiac 便于事后分析。所有的自动外部去纤颤器还包括了记录及调出 the audio from the scene of a cardiac arrest for post-event analysis. AllAEDs include a means to store and retrieve patient ECG pat agram). 冲击节奏，而后设备依据对去纤颤的需要与否运转。基本的去 potential for 患者心电图波形的功能。自动外部去纤颤器的前端信号 It develops an electrical in the a certain voltage, It develops an electrical chargechargecapacitor toinclude a means tocreating the (retrieve) current AEDs store and retrieve ECG patterns. AEDs include a means to store and retrieve patientpatient ECG patterns. front-end signals of the AED come from the ECG electro The age, creating the potential for current The higher the voltage, the more current can potentially flow. The eating the potential for current flow. 纤颤器包括了大电压电源供电、存储电容、可变电感以及连接 源于敷贴之患者的心电图电极，该信号非常微弱(小于10mV)，须 ecurrentcurrent can potentiallyTheAED outputsThe front-end signals AED come from the guideelectrodes placedon the patient, which requires an instrumentation amplifier more 至患者的电极（敬请参见方框图）。该设备通过电充载使电容 The audio signals of the of the AED come from the ECG electrodes placed can potentially flow. flow. The front-end instructions and visual prompts to ECG the opera采用仪表放大器放大。INA118/INA128/INA326仪表放大器的设计 and prompts to guide the opera- opera-on thethe the patient, requires an instrumentation amplifier to amplify its very small amplitude (&10mV). The instrumentation ampl patient, which which requires an instrumentation amplifier to amplify ual visual prompts to guide the tor through on defibrillation procedure. In a typical defibrillation 达到某一确定电压，以产生驱动电流的电动势。电压越高，则 具有下列特点： its very small amplitude (&10mV). The instrumentation cedure. In a typical defibrillationsequence, thesmall amplitude (&10mV). The to instruct the user to amplifiersINA118/INA128/INA326 are designed to have: its very AED provides voice prompts instrumentation amplifiers . In a typical defibrillation 有可能驱动更大的电流。自动外部去纤颤器输出音频指令及可视 INA118/INA128/INA326 are designed to data. ? Capability to sense low-amplitude signals from 0.1mV to 1 ce prompts to instruct the attach the patient electrodes and starts acquiring ECG感应微弱信号能力，范围从0.1mV至10mV INA118/INA128/INA326 are designed to have:? have: If the AED mpts to instruct the user touser to 化提示以指导使用者敷贴电极至患者，并开始采集数据。在AED to d starts acquiring ECG the If the AED the? Capability to low-amplitude signalssignals from 0.1mV (&5M ) ? patient’s ECG sense low-amplitude from 0.1mV to 10mV, ? s acquiring ECG data. Ifdata.AEDanalyzesCapability to senseand detects a shockable rhythm, the capaci- 10mV, Very high input impedance (&5M?), ? 超高输入阻抗 ? Very low input leakage current (&1?A), detects 分析患者的心电图并检测冲击节奏的同时，电容将被充电，电容 capacitor, Wc = 1/2CV2; a shockable rhythm, the capacicharged Very high input impedance in the high input to energy (&5M?), a shockable rhythm, the capaci-tor is ? Very? accordingimpedance stored (&5M?), c ? 超低输入漏电流(&1μA) 1 W 2 1 CV2 ;? Very? voltage, Vinput V current,，此处 R = R(lead) &&R(chest). Very lowleakagec(0)eCt/RC (&1?A),(&1?A), leakage current ? Flat frequency response of 0.1Hz to 100Hz and 所存储的能量为 gy stored capacitor, Wc = /2CVc= and c ，电容电压为 c(t) = where ed in the in the capacitor, /2 capacitorlow input Ct/RC ? 平坦的频率响应区间，范围从0.1Hz至100Hz 。 ? High common-mode rejection ratio (CMRR) (&100dB). frequency response , e , R = R(lead) &&R(chest). Then, following the instructions,of 0.1Hz 0.1Hz to and the shock button 0)where where R = R(lead) &&R(chest). ? Flat ? Flat frequency response of to 100Hz 100Hz and the operator presses ? High? High common-mode rejection ratio (CMRR) (&100dB). common-mode 按钮，并输出高 rejection ratio (CMRR) (&100dB). ? 高共模态抑制比 (CMRR)大于100dB 而后根据指令，操作人员按下冲击 (shock) the operator presses the shock button perator presses the shock buttonto deliver the high- and current begins flowing through the 电压脉冲；电流流经人体，并实现大多数的心脏细胞的去极化 and begins flowing through the urrentcurrent begins flowing through the诊断、患者监测及治疗(depolarize)，通过这种方式通常可以重新调整心脏壁的收缩并恢 复正常的节奏。电流的量由电容及人体阻抗确定。附带的图标显 示了电流流经人体时的电流点评及持续时间。Voice Voice VoiceMSP430 SP430 Microcontroller controllerBus BusBus BusMSP430 MicrocontrollerBus BusV FET put geHV HV Generator GeneratorPower Power Management Management 3.3V, 3.3V, 1.8V 1.8VHV HV MOSFET Generator Output Fuel Fuel Gauge Gauge Stage Charger Charger BatteryBatteryPower Management 3.3V, 1.8VChargerFuel Gauge BatteryPadsV chINAINAECG ECG Diagnostic Diagnostic TMS320? TMS320? DSP DSPHV SwitchINAECG Diagnostic TMS320? DSPSystem diagram.系统图解Medical Applications Guide www.ti.com/medical www.ti.com/medicalwww.ti.com/medical Texas Instruments 2Q Texas Instruments 2Q Texas Instrument医疗应用指南www.ti.com/medical2007年第二季度Texas Instruments诊断、患者监测及治疗自动外部去纤颤器(AED)自动外部去纤颤器的另一前端是话筒的输入，以用于心脏骤 停 (cardiac arrest) 事发现场的音频记录。心电图及话筒的输入都 必须数字化并通过 DSP 处理。绝大多数的自动外部去纤颤器设计 采用16位的处理器，以此较好的配合使用16位ADC进行心电图及 语音输入的数字化。放大后的心电图信号处于0.1Hz至100Hz的带 宽，需要大于 50dB 的信噪比。音频记录 / 回放信号的典型带宽为 8kHz，需要大于65dB的信噪比。话筒的输入同样需要放大，所需 的最大可编程增益为40dB。自动外部去纤颤器还能合成带音量控 制的音频指令，并输出至耳机扬声器或8扬声器。系统设计人员可 采用TLV320AIC20，由于集成了两个ADC、两个DAC、一个话筒 放大器、一个耳机驱动器以及一个8 驱动器(均带音量控制)，该器 件可使得自动外部去纤颤器的前端数字化更为简单、更为轻松， 并可实现至DSP的无缝相接。41典型自动外部去纤颤器驱动电流 自动外部去纤颤器可输出单阶段或两阶段的去纤颤波形至心脏。 单阶段的输出电流在整个冲击期间单向流通。新近的两阶段技术 允许电流在冲击期间中途反向，从而潜在性的减少了灼伤及心肌 损伤的风险。自动外部去纤颤器方框图2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南42诊断、患者监测及治疗自动外部去纤颤器(AED)单电源、微功率、轨至轨输出CMOS仪表放大器INA321 敬请访问www.ti.com/sc/device/INA321，以获取样片、数据表、评估 板及相关应用报告。嵌入式应用处理器OMAP5912 敬请访问www.ti.com/sc/device/OMAP5912，以获取样片、数据表、 评估板及相关应用报告。INA321是轨至轨输出CMOS仪表放大器，提供了差分信号放 大能力，微功耗电流消耗为 40 μ A 。在待机模式下，该器件的电 流消耗特性小于1μA，恢复正常运作的时间处于微妙量级，上述 特性是的该器件成为了低功耗电池供电或多路复用应用的最佳选 择。INA321所配置的内置增益为5V/V，并具有异常的灵活性，可 通过外部增益电阻自定义增益编程。INA321可在频率范围内降低 共模态误差，由于共模态抑制比残余可高达3kHz，线路噪声及线 路谐波也将被抑制。双核心的OMA59xx系列处理器在器单芯片内集成了 TMS320C55x? DSP核心以及ARM9核心，实现了最佳的应用性 能与低功耗的组合。这种独特的架构不仅提供了 DSP 的低功耗、 实时信号处理能力，同时还结合了ARM的命令及控制功能，从而 同时为DSP与ARM?开发人员提供了一种引人注目的解决方案。主要特点? 广泛的外设集，支持无缝连接至多种无线电技术(GSM/GPRS、 WLAN、BT、RF) ? 业界领先的C55x? DSP内核，通过TI DSP第三方网络提供便携 式数据终端汇集算法 ? 多总线架构，实现PDT的系统级优化 ? 片上帧缓冲，支持多种显示变化 ? 硬件加密引擎，实现业界标准的安全应用 ? 强健的人机接口ARM9内核，适用于多操作主要特点? 低静态电流：40μA/ch ? 高增益精度：增益为5时，误差为0.02%，漂移为2ppm/° C ? 低偏置电压：±200μV ? 高共模态抑制比：94dB ? 低偏置电流：10pA ? 带宽：500kHz，增益为5V/V ? 通过外部电阻设定增益 ? 封装模式：MSOP-8(单路)；TSSOP-14(双路)应用? 视频及成像处理 ? 图形及视频加速 ? 数据处理 ? 移动通信应用? 生理学放大器：心电图、脑电图、肌电图 ? 测试设备 ? 带增益的差分线路接收机 ? 工业传感器放大器：电桥、RTD(电阻温度检测)、热敏电阻、定位OMAP5912外设方框图INA321原理框图医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments诊断、患者监测及治疗针对诊断的电源管理单路或双路输出、3kV隔离直流/直流转换器家族DCH010505 敬请访问www.ti.com/sc/device/DCH010505，以获取样片及数据表。43带 0.5A/1.3A 电流开关及功率二极管的大电压增压转 换器TPS61080、TPS61081 敬 请 访 问 w w w. t i . c o m / s c / d e v i c e / T P S 6 10 8 0 或 w w w. t i . c o m / TPS61081，以获取样片、数据表、评估板及相关应用报告。DCH01 系列为 1W ，微型直流 / 直流转换器，带 3kV 隔离， UL60950标准认证。 此类无稳压(unregulated)转换器接受5V输入，并给出单路或 双路的5V、12V或15V输出。 DCH01 系列转换器具有高性能及低功耗，运转效率可高达 78%。单片采用业界标准的SIP-7占位面积(footprint)封装。 该系列是唯一的、在其产品占位空间内采用开发式框架封装 的IC，这源于其卓越的散热性能及高度的可靠性。 在诸如 PLC 、厂总线以及数据采集等信号链应用中，包括采 用了TI的新型ISO721高速数字隔离器的应用，DCH01都可用于消 除接地回路。除了隔离应用，DCH01转换器还可用于需要低成本 的分别供电(split-supply，即分别采用正/负电源供电)系列产品的 非隔离型应用。新型的TPS60180及TPS6MHz/600kHz固定频率增 压转换器，设计用于便携式设备。此高度集成的转换器整合了功 率脉宽调制开关、输入/输出隔离开关以及功率二极管。在短路状 态下(通过测量输入电流进行检测)，隔离开关断开，以分离输入及 输出。从而保护了转换器，保护了输入源免于输出短路，并防止 了任意信号引脚与参考地之间的短路(VIN引脚除外)。该转换器还 将在关断期间隔离输入与输出，以消除任意漏电流。主要特点? 输入电压范围：2.5V至6V ? 输出电压：高达27V ? 0.5A集成开关(TPS61080) ? 1.3A集成开关(TPS61081) ? 5V输入时，12V/400mA以及24V/170mA的转换增益(典型值) ? 集成功率二极管 ? 1.2MHz/600kHz可选择固定转换频率 ? 输入至输出隔离 ? 短路保护 ? 效率高达87%主要特点? 输出功耗：1W ? 非稳压型直流/直流转换器 ? 5V输入（4.5V至5.5V范围） ? 5V、12V或15V单路及双路输出模式 ? UL60950认证，3kV直流隔离 ? 效率：高达78% ? 封装模式：业界标准的SIP-7占位面积封装应用? 3.3V至12V、5V至12V及24V增压转换器 ? 单白光LED背光，用于中等外形因素的显示器 ? TFT-LCD偏压电源应用? 医疗仪器 ? 接地环路消除 ? 工业控制及仪器 ? 测试设备 ? 可编程逻辑控制器MFF显示中带脉宽调制微调的30个单白光LED驱动器单路或双路输出方框图2007年第二季度 Texas Instruments 医疗应用指南44诊断、患者监测及治疗针对诊断的电源管理1.6MHz 、 3V 至 6V 输入、 3A 直流 / 直流同步降压转 换器TPS54317 敬请访问www.ti.com/sc/device/TPS54317，以获取样片、数据表、评 估板、应用报告及软件工具。4.5V至20V输入、3A及6A转换器TPS54350、TPS54550 敬请访问www.ti.com/sc/device/TPS543350或www.ti.com/TPS54550， 以获取样片、数据表、评估板、应用报告及软件工具。主要特点? 输入电压范围：4.5V至20V ? 同步降压，以实现高效率 ? 可调节输出电压低至0.9V ? 供电良好、使能、可调节慢速启动、电流限、热关断 错相(out-of-phase)转换 ? 180° ? TPS54350及TPS54550占位针脚兼容 ? 固定250kHz、500kHz，或可调节转换频率主要特点? 输入电压范围：3V至6V ? 两个3A(峰值为4.5A)集成MOSFET提供了同步整流(recti?cation) ? 可调节/同步转换频率至1.6MHz ? 输出电压可调节低至0.9V ? 供电良好、使能、可调节慢速启动、电流限、热关断以及1%误 差的精度 ? 可提供免费的SwitcherPro?设计软件支持应用? TI的TMS320C64x? DSP ? Altera? Cyclone? II、Stratix? II、Stratix II GX、Stratix III ? Xilinx? Spartan?-3家族、Virtex?-5 ? 核心及输入输出电源Core and IO power supplies * 在此TI所涉及到其他公司的产品，但并不等同于TI推荐或认可此 类产品可用于任意应用。应用? TI的TMS320C64x? DSP ? Altera Cyclone II、Stratix II、Stratix II GX、Stratix III ? Xilinx Spartan-3 family、Virtex-5 ? 核心及输入输出电源 * 在此TI所涉及到其他公司的产品，但并不等同于TI推荐或认可此 类产品可用于任意应用。* 固定输出版本可选择1.2V、1.5V、1.8V、2.5V及3.3V *与TPS54317具有相同的特性TPS54317原理框图 原理框图医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments诊断、患者监测及治疗针对自动外部去纤颤器应用的器件推荐器件推荐45前瞻性器件以粗体蓝色标明。 新器件以粗体红色标明。2007年第二季度Texas Instruments医疗应用指南46诊断、患者监测及治疗针对自动外部去纤颤器应用的器件推荐器件推荐（续）前瞻性器件以粗体蓝色标明。 新器件以粗体红色标明。医疗应用指南2007年第二季度Texas Instruments医疗成像超声波/便携式超声波章节目录 本期主要内容超声波/便携式超声波 针对超声波/便携式超声波的器件推荐 CT扫描仪 针对CT扫描仪应用的器件推荐 核磁共振成像 (MRI) 针对核磁共振成像应用的器件推荐 数字式X光 针对数字式X光应用的器件推荐 正电子放射层析成像(PET)扫描仪 针对PET扫描仪应用的器件推荐 针对医疗成像的电源}