电子工程专辑
UBM China

用先进的负载点稳压器改善医疗成像质量

上网日期: 2012年12月05日 ?? 作者: Willie Chan ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友

关键字:X射线? 信噪比? 开关稳压器? CMOS传感器?

与热量的斗争

正如之前提到的那样,较高的工作温度降低了CMOS传感器的信噪比性能,并缩短了这类传感器的寿命。此外,较高的工作温度还造成了患者的安全风险。为了保持卓越的图像分辨率,X射线平板检测器会与患者的身体直接接触。当温度达到40°C(100°F)时,人的皮肤就开始受到灼伤。因此,有可能与人的皮肤接触之任何医疗设备的外部都必须保持低于这个温度限制。所以,高工作效率以及能将在大面积上产生的热量散发出去,对很多方面都是至关重要的,例如对传感器寿命、图像清晰度和患者安全等。

保持紧凑的外形尺寸

从外科手术系统附件到手持式检查工具,新一代医疗设备的复杂性越来越高,而装入这么多组件以支持更多功能的可用空间却没有相应增大。就平板X射线探测器而言,现有的医院基础设施已经配置了一个被称为“滤线栅插槽”的固定尺寸插槽,而原先这个地方是用来摆放模拟X射线胶片暗匣的。这些胶片暗匣一般遵循ISO4090指导原则,可以有46cmx38.6cmx1.5cm的外部尺寸,所允许的X射线图像尺寸为43cmx35cm(14英寸x17英寸)。电源管理解决方案必须紧凑和高效,才能符合这么受限的尺寸要求,并最大限度地减少工作温度的上升。

监管法规

作为美国和欧洲监管要求的一部分,医疗设备必须证明符合CISPR11(又称为EN55011)法规。因为开关稳压器辐射电磁场,所以设计师必须全面了解开关稳压器对 EMI 兼容性的影响,或者必须选择一种经过测试、满足制造商EMI辐射限制的电源解决方案。否则,为了实现与相关标准的符合性,有可能需要进行量大费时的产品迭代设计工作。对打算用于办公楼的医疗设备规定了最为严格的辐射EMI限值,Group1–Class B设备的辐射限值等同于针对办公楼及家庭用信息技术设备所规定的EN55022 Class B(CISPR22 Class B)限值。

较长的产品寿命

对医疗设备而言,证明电源解决方案的可靠性是很有必要的。对于X射线平板传感器来说,必须一次就正确获得图像,否则患者和医护人员就会令人遗憾地再次面对辐射。最低限度,也会因诊断延迟而导致治疗延迟,按照现代医疗标准,这种情况是不可接受的。

另一个需要考虑的因素是:选定电子组件的供货时间能延续多久? 经历了CE、UL、IEC和FDA等机构漫长的监管审批程序并获得认证之后,每种医疗电子设备都应能长期制造-达15年以上。这一时间长度比消费类产品的周期长得多,而消费类产品市场是很多电源管理半导体厂商的主要市场。仅由于组件淘汰而对产品重新进行鉴定,对于工程资源和公司收益都是一个沉重的负担。

解决方案:先进的DC/DC开关稳压器

为了帮助设计工程师应对医疗应用中的电子噪声、热量和尺寸挑战,凌力尔特提供了超过50种不同的微型模块(?Module)电源产品,为客户提供了广泛选择。这些产品每一种都是高效率、全面集成的DC/DC开关电源管理解决方案,采用紧凑的表面贴装封装(图1)。这些开关模式稳压器经过仔细设计,在负输出电压和正输出电压电路配置中,以低输出纹波工作,如图2和3所示。微型模块电源产品的一个子类是通过了EN55022 Class B认证的微型模块稳压器,是克服医疗应用中发现EMI挑战之理想解决方案。这类开关稳压器经过TUV等独立实验室的认证,以在输出电流高达8A时,满足行业标准EN55022 Class B(相当于CISPR11/EN55011 Group 1–Class B)对辐射EMI的要求。用各自的标准演示电路板进行测试所得的结果已公开在线提供。部分测试情况如图4所示。选择一个兼容和全面集成的降压型解决方案,例如微型模块稳压器,可在满足这类要求时,节省设计时间,并降低与常见开关稳压器或控制器相关的风险。

与高输出纹波和辐射EMI有关的风险不应该低估。这两种因素都影响产品第一次就能正常发挥作用以及满足严格的政府法规的能力。至于这两种因素对X射线平板工作的影响,产品设计如果良好地控制了输出纹波和EMI辐射,那么产品就能提供高信噪比,从而能提供高质量、高分辨率的图像,第一次就能获得正确的图像以避免治疗延迟以及不必要地重复暴露于辐射之中,还能提供可靠的无线通信,并加速EMI兼容性测试。出于这些原因,凌力尔特做了很多工作,以确保这些设备通过TUV等独立测试实验室的认证,并公开在线提供测试结果。在克服噪声和EMI问题以后,合适的电源管理解决方案就需要解决效率、可靠性和散热问题了。

微型模块电源产品是效率非常高的开关稳压器,采用由导热塑料构成的表面贴装LGA或BGA封装,封装顶部是平坦的。一整块平坦的封装顶部覆盖整个电源管理解决方案,有利于采取散热措施,以最大限度地减少医疗设备外部任何一点的温度上升(图5)。正如之前提到的那样,保持较低的工作温度可提高对患者的安全性、信噪比以及设备的工作寿命。最大的微型模块电源产品的尺寸为15mmx15mmx5mm,最小的则为6.25mmx6.25mmx2.3mm,因此采用微型模块电源产品有助于为实现更重要的功能释放空间,例如增大电池尺寸以在两次充电之间工作更长时间。

本文结论

尽管本文专注于论述与数字X射线平板检测器有关的设计挑战,但是本文所述挑战并不是此产品独有的。从外科手术系统附件、内窥镜到便携式成像和监视系统,医疗专业人员始终在寻求最有效、最可靠和最小的可用工具。在这些方面不断实现突破的设备使医疗实践得以取得进步,最大限度地减少了患者的不适、结疤和恢复时间,同时提高了人员的安全性。这类产品中的电子组件使医生能更准确地实施治疗、更全面地了解病情、以及有更好的控制能力,甚至能延长训练有素的外科医生的职业生涯。

(电子工程专辑)
图1:微型模块电源产品是完整的DC/DC开关解决方案,采用耐热增强型LGA或BGA封装,为通过封装的顶部和底部散热提供了一条便利的途径。

(电子工程专辑)
图2:LTM8023原理图,12VIN至-7VOUT/1A,以不到30mVpp的输出纹波工作,最大限度地减少了注入CMOS传感器和信号调理组件的噪声,需要一个负电压源

(电子工程专辑)
图3:LTM4613仅有26mVpp的输出纹波(12VIN至5VOUT/5A),可最大限度地降低注入到CMOS传感器和信号调理组件中的噪声,从而提供高质量图像。

(电子工程专辑)
图4:LTM4613以超过6dBuV/m的裕度,满足EN55022 ClassB(相当于CISPR11 Group 1 Class B)的要求(12VIN至5VOUT/8A)。

(电子工程专辑)
图5:没有散热器、在空气自然对流情况下,LTM4613的最高外壳温度为41°C(12VIN至5VOUT/5A)。如果热连接到金属外壳 (无需额外费用的散热器),那么最高温度会进一步降至低于40°C。


?第一页?上一页 1???2





我来评论 - 用先进的负载点稳压器改善医疗成像质量
评论:
*? 您还能输入[0]字
分享到: 新浪微博 qq空间
验证码:
????????????????
?

关注电子工程专辑微信
扫描以下二维码或添加微信号“eet-china”

访问电子工程专辑手机网站
随时把握电子产业动态,请扫描以下二维码

?

5G网络在提供1Gbps至10Gbps吞吐量方面具有很好的前途, 并且功耗要求比今天的网络和手机都要低,同时还能为关键应用提供严格的延时性能。本期封面故事将会与您分享5G的关键技术发展,以及在4G网络上有怎样的进步。

?
?
有问题请反馈
推荐到论坛,赢取4积分X