凌力爾特:降低ADC及驅動器功耗

　　凌力爾特公司混合信號產品組產品市場經理Alison Steer稱，在便攜式醫療電子產品中，ADC 用于監視生命體征 （例如：血壓、血氧含量、血糖和體溫等）。隨著便攜式醫療設備傳感器的發展，就非侵入式護理保健來說，對于延長電池壽命和小型化的需求變得愈發至關緊要。工作期間的低功耗對延長電池壽命很重要，而打盹和停機模式則能更進一步降低功耗。在某種情況下，降低 ADC 中的功耗帶來的收效日益減少，而 ADC 驅動器的功耗卻超過了ADC本身。

　　為此，凌力爾特開發了可用于降低整個信號鏈路之功耗的新穎技術。例如：延長 SAR（逐次逼近寄存器型）ADC的采集時間將允許使用穩定速度慢得多的較低功率驅動器。另一種僅有凌力爾特SAR ADC運用的技術是數字增益壓縮 （DGC），其免除了驅動器放大器的負電源，并可保持 ADC 的完整分辨率。負電源軌的免除可降低信號鏈路的總功耗并簡化設計。比如：當采用功耗僅為18mW的18位1.6Msps SAR ADC LTC2379-18 時，在啟用數字增益壓縮功能的情況下，允許我們使用單電源LTC6362 ADC驅動器來驅動 LTC2379-18，在功耗僅5mW情況下，仍然實現了高達100dB的SNR（信噪比）性能。

　　有些醫療測量要求模擬電路連續運行，每秒獲取數千甚至數百萬個讀數。而其他一些應用則只要求每天獲取單個讀數。對于此類偶然的測試，模擬電路僅需上電一次并進行測量，而在一天的其余時間里則處于以低功率“睡眠”模式運行的“空閑”狀態。由于凌力爾特 SAR ADC 架構具有自動斷電特性，功耗隨采樣速率線性調節，因此采樣速率越慢消耗的功率就越少。借助一款沒有最小采樣速率要求的無延遲SAR ADC，即可采用單觸發采樣操作以降低功率耗散，從而使ADC即使在經歷了漫長的空閑周期之后也能完成準確的測量。

　　人們采用較寬的輸入范圍，以在ADC中實現較高的SNR性能，但這未必能獲得更好的輸入參考噪聲，而在諸如X射線成像和細胞分選儀等低功率、高精度應用中，輸入參考噪聲是一項很重要的性能指標。之所以希望擁有低輸入參考噪聲，是因為它能為應用提供明顯改善的有效分辨率或無噪聲代碼分辨率。有趣的是，當把一個具有8Vp-p輸入范圍的16位 10Msps SAR ADC的輸入參考噪聲與凌力爾特具2.1Vp-p輸入范圍的16位20Msps流水線型ADC LTC2270進行對比時，我們發現后者的輸入參考噪聲僅為46μVrms（前者則為75μVrms），而功耗卻幾乎是SAR ADC的一半。

　　Maxim：體佩式設備需要的技術

　　Maxim戰略市場應用經理Steve LaJeunesse介紹了醫療電子的技術概況。

　　超低功耗模擬測量電路、低功耗微控制器（MCU）上運行的先進的處理和motion rejection算法是實現體佩式傳感器的第一步。來自患者或使用者的信號通常很小，且充滿需要濾除的模擬噪聲信號。濾除噪聲后，鑒于數據反映的是最為隱私的個人信息，因此必須加以安全保護，以防被他人獲取。通過先進的加密技術對數據進行安全保護后，將數據通過短距離無線連接發送至手機。內部電池的高效電源管理（如：Maxim的ModelGauge）和能量收集技術可使傳感器長時間保持工作。

　　超低功耗模擬測量

　　模擬電路是來自現實世界的信號與微控制器的接口。低功耗、高精度放大器（如：Maxim的MAX9617系列）具有低功耗、低噪聲、零失調和超小尺寸封裝等特性。該系列放大器能夠最大程度地減小方案尺寸，并且在整個工作過程中無需校準。

　　先進的處理/算法

　　醫學研究工作者在過去的十年內努力使機器在醫療領域發揮更大的作用，其中最主要的成就是發展了能夠準確識別人體相關信息的算法。憑借這些成果，可以使用簡單的微控制器對人體信息進行收集和預處理，為專家診斷做準備。

　　安全

　　來自患者的數據是極為隱私的，必須加以安全保護。目前有多種方法可用于對從患者或用戶端收集的數據進行安全保護。Maxim在安全微控制器市場居于領先地位，所提供的醫療應用方案（如：DS28E01）可用于現今多種不同類型的醫用設備。

　　低功耗微控制器

　　集成微控制器的功耗不斷降低，使得采用單節鋰電池支持超長時間工作成為可能。Maxim的MAXQ系列微控制器可用于電池直接供電的應用，強大的計算能力能夠支持現今先進的算法。該系列微控制器能夠無縫連接至低功耗、短距離無線裝置，如：藍牙或ANT+。

　　能量收集

　　得益于前面提到的設備在降低功耗方面的成績，從各種能量源（如：太陽能、熱能或壓電傳感器）收集的能量有了用武之地。Maxim的MAX17710能量收集充電器和保護器能夠將收集的能量加以利用。在未來5年內，微型收集源將使這種技術成為主流。

　　上述技術的融合是體佩式電子設備的發展趨勢。現在，設計一個僅靠單個鋰紐扣電池供電的設備（如：無線ECG、心率、氧含量、呼吸、體溫監測設備）已經成為現實。測量來自傳感器的信息、對其進行數字化、然后發送至手機、進而傳輸給醫生。