"医疗设备中使用混合信号FPGA的应用和优势"
混合信号FPGA在医疗设备中的应用非常广泛,基于闪存的混合信号FPGA拥有高集成度、智能功率与系统管理功能、小占位面积及高度可靠等优势,尤其适合于医疗设备的应用。随着医疗服务成本的不断攀升、慢性病流行、人口的老龄化,以及中国、印度和巴西等大规模新兴市场的崛起,对价格低廉又稳健可靠的医疗设备的需求非常庞大。
医疗设备设计人员正在研究来自不同行业的新技术,致力于提升下一代设备的诊断、监控和治疗能力。为使医疗设备价格更低廉、更便于病患使用,有两种趋势随之出现――小型化与便携化。
小型化和便携化发展趋势的蕴意之一是这些复杂仪器必须足够可靠,能够适用于更大范围的工作环境。以往,这些仪器只要能够在洁净的操作室、诊所或实验室正常工作就足够了。但如今,现代医疗设备还必须能够在移动诊所或救护车里提供相同的精度和可靠性。
许多临床医疗设备都是基于微处理器的机电装置,采用同一套构建模块:功率控制和温度管理;包括键盘的用户接口;LCD监控器和音频控制;用于数据记录的闪存或EEPROM;以及用于连接其它仪器的设备接口。
基于闪存的混合信号FPGA不但拥有高集成度、智能功率与系统管理功能、小占位面积及高度可靠等优势,尤其适合于这些应用。应用实例:血液透析仪是一个典型的医疗设备,通常采用好几个微控制器,用于监视和控制血液与其它体液的流动、发出警报,以及在必要时关闭仪器。
血液透析仪包含了若干专门设计的构建模块。比如,功率控制模块执行温度感测以实现风扇驱动,也执行看门狗和电池备份功能。用户模块通过键盘或触摸屏输入病患信息,实现治疗参数的个人定制化。
混合信号FPGA可以提供原本由电机/泵驱动器模块提供的全部功能性,包括微处理器。这使得临床医疗设备成为可重编程非易失性半导体技术的一个绝佳市场。
今天的单芯片闪存混合信号FPGA带有集成式模拟功能、闪存、FPGA结构,常常还有嵌入式行业标准微处理器。因此,它们相当于一个系统,能够执行功率管理和热管理,控制临床医疗设备的各种功能――从系统上电/断电功能及数据记录到温度和电压的感测。
有了混合信号FPGA,系统板上的许多元件都变得多余而得以去除,其中包括闪存、PWM、分立式模拟IC、时钟源和实时时钟。由于基于闪存的FPGA把它们的配置信息存储在片上闪存单元中,故无需象基于SRAM的FPGA那样在系统上电时加载外部配置数据。
因此,在每次系统上电时,这些闪存混合信号FPGA不需要EEPROM或微控制器这样的单独系统配置元件来加载器件配置数据。这就降低了系统成本和板空间要求,同时提高了医疗设备的安全性和系统可靠性。
此外,这些高度集成的器件让设计人员能够把原本由好几个分立式元件提供的功能完全整合在单个高度可靠的混合信号FPGA中。例如,一般包含有看门狗组件、风扇驱动器和温度传感器的功率控制模块就可以由单个混合信号FPGA器件所取代。