典型醫(yī)療設備應用

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圖2：心電圖（ECG）前端

心電圖應用

圖2顯示了一個心電圖（ECG）前端框圖，來自設備放大器的模擬輸出經(jīng)過高通濾波器，然后通過串行ADC轉換成數(shù)字格式。轉換后的數(shù)據(jù)通過增強型（5kV）數(shù)字隔離器進入控制器進行處理。該數(shù)字隔離器每個通道都可進行高達150Mbps“無瓶頸”數(shù)據(jù)傳輸。如果采用并行多個ADC輸出，則隔離功能可以使用少于4個的六通道隔離器實現(xiàn)（假設16位ADC）。

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圖3：基于ISOdriver的除顫器電源隔離

除顫器應用

圖3顯示了除顫器電源部分，兩個高端/低端（high-side/low-side）隔離柵驅動器驅動全橋電路。注意，此電路僅需要兩個標準高側柵極驅動器電路實現(xiàn)全橋驅動解決方案。每個柵極驅動器具有片上輸入信號調整電路，包括施密特觸發(fā)輸入， UVLO保護輸入，輸出重疊保護和死區(qū)發(fā)生器。對于安全性至關重要的醫(yī)療系統(tǒng)來說，這些功能對于可靠運行是關鍵性的。

輸入端之后是增強型雙通道數(shù)字隔離器，其輸出連接到柵極驅動器，每一個都相互隔離，同時也與輸入隔離。電阻RDT1和RDT2決定了添加到每個循環(huán)中的死區(qū)時間。如果死區(qū)時間不需要，DT輸入端應當連接到本地VDD。

除了提供邏輯輸入柵極驅動器，Silicon Labs也提供增強的、功能兼容光耦合驅動器的替代產(chǎn)品。Si822x隔離柵驅動器能夠模仿光耦合器LED行為的輸入階段，可直接替換諸如HCPL – 3120的柵驅動器產(chǎn)品，也提供低功耗操作，工作溫度范圍內有更好的性能和可靠性。

醫(yī)療供電系統(tǒng)應用

圖4為相移調制全橋應用，典型的用于龐大醫(yī)療系統(tǒng)中的供電系統(tǒng)，例如臨床核磁共振成像（MRIs）。這些系統(tǒng)通常使用電流感應變壓器，需要外部核心復位電路和特殊的布局。它們也有低幅度的輸出波形，通常導致低的電磁干擾性能。

隔離的交流電流傳感器，例如Silicon Labs的Si850x/1x器件提供集成的復位電路，高2VP-P的滿量程輸出信號，測量精度5％，小尺寸和低功耗工作。它們可支持50kHz- 1MHz頻率范圍（全測量范圍為5、10和20Amps），并有1kV和5 kV的額定隔離電壓。這些器件具有1.3m?低功耗輸入阻抗和2nH的串聯(lián)電感以降低振鈴。圖4中的電流傳感器有“乒乓（Ping-Pong）”的輸出模式，來自每個橋臂的電流信號分別傳輸?shù)礁髯宰儔浩鞔磐ㄆ胶獗O(jiān)控的輸出管腳。

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圖4：相移調制全橋應用中的乒乓模式

當Q1和Q4處于開狀態(tài)時，測量電流在OUT2管腳出現(xiàn)；當Q2和Q3處于開狀態(tài)時， 電流從OUT1輸出。當電流發(fā)生環(huán)路時，積分器復位觸發(fā)（即當Q1和Q2同時打開，或Q3和Q4同時打開時）。

這些示例說明了如何在電路一級上應用CMOS隔離器到電子醫(yī)療系統(tǒng)。其他系統(tǒng)可能使用CMOS隔離器用于不同的電路功能，如電壓電平轉換或消除接地回路噪聲。表3顯示了醫(yī)療電子系統(tǒng)從CMOS隔離技術中獲益的部分列表。這些或其他應用程序的隔離需求導致大量CMOS隔離器使用案例，醫(yī)療電子市場不斷發(fā)展過程中，CMOS隔離器技術最終將取代傳統(tǒng)隔離技術。

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表3：COMS隔離產(chǎn)品在醫(yī)療系統(tǒng)中的應用示例

小結

電子醫(yī)療系統(tǒng)必須有集成的可靠的隔離，確保病人和操作者的安全。嚴格的國際安全管理機構為了得到一致的安全特性，根據(jù)他們的規(guī)范發(fā)放醫(yī)療電子系統(tǒng)認證。隔離在這些系統(tǒng)中起到關鍵作用，它必須是強健和可靠的，并且僅需較少空間和成本。光耦合器和變壓器已經(jīng)為醫(yī)療系統(tǒng)形成了多種多樣的隔離電路方案。然而隨著技術的發(fā)展，更小、更可靠和高性能隔離器件出現(xiàn)了，如單封裝、多通道數(shù)字隔離器、AC電流感應器和隔離柵驅動器。這些隔離產(chǎn)品采用主流CMOS技術，與傳統(tǒng)方案相比，提供顯著的優(yōu)勢，僅為光耦合器失效率的1/10，COMS隔離產(chǎn)品是眾多電子醫(yī)療系統(tǒng)的理想選擇。