产品。在降低医护成本和改善病人护理服务方面，zui重要的是能缩小这些医

 

疗设备的体积并提高其度。在人口老化问题日趋严重的今天，上述需求

 

显得更为迫切。根据IMS调查公司的InMedica报告，消费类医疗设备的销售

 

总额到2011年时预计可超过50亿美元。

 

　　医疗设备监护功能的开发与不断完善，远程护理供应商能够在人类健康

 

的几个重要领域为居家患者、急症室救护员以至医院提供更佳的诊断工具。

 

血压计血糖仪、除颤器等监护类仪器均需要清晰的模拟信号来进行准确的测

 

量，否则便可能危及生命。设计的模拟信号路径可帮助设计人员降低外

 

来噪声的干扰、扩展动态范围和加强度。此外，在组件选择方面，设计

 

人员也必须谨慎选择以满足zui终产品的性能需求。

 

　　小封装中的高性能需求

 

　　此前，人们通常认为医院和诊所的医疗设备比家居使用的便携仪器更为

 

。可是，新的技术趋势正迅速扭转着上述的观点。新的便携式医疗设备

 

面的使用者不仅仅有普通消费者，还有深具科技领悟力的病人，因此客户的

 

需要不再局限于量体温、做心电图和测血压。客户需要的是的护理及

 

测量功能。

 

　　为了满足人们对家居医疗诊断仪器的迫切需求，设备供应商正凭借*

 

的货存管理和创新设计来增强市场竞争力，并为产品配备更多的功能来争取

 

更多的用户。在开发家居医疗仪器的领域，有一个因素是非常重要的，这就

 

是产品从zui初设计到真正投放市场期间所需的开发时间。缩短上市时间，可

 

以让厂商的产品抢占市场。而能否将开发周期缩短取决于系统设计人员的设

 

计是否足够灵活并具成本效益。

 

　　工艺技术影响系统设计

 

　　虽然电气规格是设计人员选择组件的主要因素，但用来制造集成电路的

 

工艺也同样重要。例如，典型的血糖计通常需配合一个带有极低输入偏置电

 

流的运算放大器，大多数的设计人员都会选用JFET放大器。不过，他们在作

 

出决定前应先考虑一下温度的问题。

 

　　由于JFET拥有一个很低的初始输入偏置，因此它很易受到温度变化的影

 

响，每上升10°C ，输入偏置便会大约增加一倍。要计算出输入偏置的漂移

 

，可使用下列的数式（参考1）。

 

　　例如，一个JFET输入运算放大器（例如美国国家半导体的LF411）在25 °

 

C下的输入偏置电流为50pA，而一个更佳的选择是美国国家半导体的LMP7731

 

，它是一款双极输入运算放大器，其输入偏置电流为1.5nA。通过上述数式

 

，我们可以很快地计算出在85°C下，LF411的输入偏置电流变成3.2nA，超

 

出LMP7731的两倍。

 

　　评估系统的取舍

 

　　速度、噪声和功耗对于某些设计来说可能同样重要，一个低噪声器件会

 

消耗比较多的电流，而一个低功耗的器件则只可提供有限的带宽。一个克服

 

这些问题的方法是在适当的应用中使用反补偿放大器。与单位增益稳定和速

 

度较高这两点相比，反补偿放大器的优点除了成本比较低之外，是其可在不

 

影响功耗的情况下提供较大的带宽。

 

　　反补偿运算放大器使用在电流-电压转换（跨阻）电路。在医疗仪

 

器中，其中一个zui普遍的应用是测量血细胞中的含氧量，称为SPO2或饱和或

 

外围氧气。

 

　　利用捷径缩短设计时间

 

　　医疗仪器的zui重要参数是噪声，它可以导致电路本身和附近的设备产生

 

严重的干扰。计算噪声是一项比较沉闷的工作，尤其当您想计算出从电源、

 

放大器、数据转换器以至外部组件，信号路径对信噪比的整体影响。

 

　　一般来说，医疗仪器电路都倾向采用较低的频率来工作，因此这些系统

 

的设计人员通常会比较关心处于0.1到10Hz频带以内的噪声，也称为峰到峰

 

噪声。但不幸地是，有些数据表并没有提供时域噪声（峰到峰）的数值，而只

 

会提供电压或电流噪声密度的典型图表。除了等待电路的供应商提供测量数

 

据外，有一个快速的方法可帮助推算出峰到峰的噪声量。

 

　　假设您打算利用美国国家半导体的LMP7731来推算峰到峰（0.1到10Hz）电

 

压的噪声量，首先，在频带内的频率范围中选择出一个点，例如是1Hz

 

，那对比曲线时的数值便是5.1nV/√Hz （图2），然后用下列的数式来计算噪

 

声的根均方值（RMS）：式 1： enrms=“enf”√ln（10/0.1）， 当中 enf 是

 

在 1Hz 下的噪声通过以上的数式可得出10.9nV的总根均方值噪声，如要计

 

算出峰到峰噪声，只需将这根均方值乘以6.6，这样便可得出72.2nV。这个

 

估算的结果相当不错，它与数据表中列出的规格78nV很接近。

 

　　假如数据表中的电压噪声密度图没有表示在1Hz下的噪声值，那您可以

 

使用下列简单的方程式（数式2）来推算某频率下的数值。

 

　　式2：en=enb*√（fce/f）

 

　　当中enb是宽带噪声（通常是在1kHz时的数值），而fce 是1/f拐点，至于

 

f是所关注的频率，在我们的个案是1Hz。

 

　　举一个例子，美国国家半导体的LMV851在10kHz下的宽带噪声为10nV/√

 

Hz。为了计算出根均方值噪声，首先要从图表决定出1/f拐点（fce）的数值。

 

使用数据表中的电压噪声密度图，这样便可找到fce大约等于300Hz。之后，

 

使用以上的数式便可计算出en=10*√（300/1）=173nV√Hz，而这便是在1Hz下

 

的电压噪声，zui后将这数值代入数式1中并将结果乘以6.6，便可得出2.4μV

 

的峰到峰噪声量。

 

　　另一个需要考虑的是电流噪声。一般来说，假如电源的阻抗不是很大（

 

》100kΩ），您可以不考虑电流噪声，仍然可获得一个很接近的推算结果，

 

就正如上述的例子一样。可是，假如电源的阻抗很大，那必须使用相同的技

 

巧来推算电流噪声，并且将电压和电流噪声以根均方值的形式相加。