緊湊的四輸出降壓型穩(wěn)壓器解決方案加速采用數(shù)字內(nèi)窺鏡

　　摘要：目前的內(nèi)窺鏡發(fā)展趨勢推進(jìn)了數(shù)字成像方法的采用。不過，這需要多種數(shù)字處理器處理和分配圖像數(shù)據(jù)。另外還出現(xiàn)了新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，即如何將所有電子組件及有關(guān)電源穩(wěn)壓器放進(jìn)與以前安裝的內(nèi)窺鏡攝像機(jī)控制單元 (CCU) 大小相同的空間中，以最大限度地減小安裝和采用成本。

　　1 內(nèi)窺鏡發(fā)展歷史

　　大多數(shù)歷史學(xué)家都認(rèn)為，Bozzini 的 Lichleiter 是第一個(gè)與我們今天所知的內(nèi)窺鏡相似的設(shè)備。該設(shè)備于 19 世紀(jì)初發(fā)明，它很不靈活，用傾斜的鏡子將圖像投射到醫(yī)生眼中，只用一根蠟燭照明，圖像質(zhì)量很差。之后大約在 20 世紀(jì)，照明方法有了改進(jìn)，幾位發(fā)明家發(fā)明了一種方法，用攝像機(jī)捕獲內(nèi)窺鏡靜止圖像。到了 20 世紀(jì) 50 年代，日本的先驅(qū)者 Mori 和 Yamadori 用內(nèi)窺鏡在世界上首次記錄了運(yùn)動影像，記錄的是生產(chǎn)過程。那個(gè)時(shí)代的攝影和運(yùn)動影像記錄技術(shù)的缺點(diǎn)是，圖像不能共享，不能實(shí)時(shí)處理。我們不斷沿著這些先驅(qū)們開拓的道路前進(jìn)。現(xiàn)在，現(xiàn)代數(shù)字成像技術(shù)支持這些功能，而且分辨率比以往任何時(shí)候都高。

　　2 邁進(jìn)采用數(shù)字內(nèi)窺鏡

　　21 世紀(jì)，CMOS 圖像傳感器已經(jīng)達(dá)到了醫(yī)療專業(yè)人員尋求的圖像分辨率和低功耗規(guī)格。這類圖像傳感器以高達(dá)全 HD (1980 x 1080 像素) 及更高的分辨率提供高質(zhì)量圖像。有些公司超越了標(biāo)準(zhǔn) 2D HD 圖像技術(shù)，推出了 3D 立體內(nèi)窺鏡。功耗 (及其導(dǎo)致的溫度上升) 也是一個(gè)重要因素，因?yàn)?CMOS 傳感器常常置于內(nèi)窺鏡末端的攝像頭內(nèi)，其大小設(shè)計(jì)為方便手術(shù)團(tuán)隊(duì)人手操作，以定位鏡頭，呈現(xiàn)想要的圖像?，F(xiàn)代 CMOS 傳感器的高圖像分辨率和低功耗是人們對數(shù)字內(nèi)窺鏡產(chǎn)生濃厚興趣的基礎(chǔ)。而這當(dāng)然要配備有足夠處理能力。

　　3 增加數(shù)字處理功能占用空間就會減少負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器的 PCB 面積

　　不足為怪的是，建立、顯示、操作、分配和存儲這些 CMOS 傳感器產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，需要大量數(shù)字處理能力，這種能力常常由攝像機(jī)控制單元 (CCU) 提供。典型內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的主要組件包括圖像處理器、一個(gè)或多個(gè) FPGA、存儲器、A/D 轉(zhuǎn)換器、視頻顯示端口和以太網(wǎng)控制器，這些組件必須集成在一起，以支持上述功能。接下來，這些器件大部分需要多個(gè)輸入電壓工作。這就給設(shè)計(jì)工程師帶來了挑戰(zhàn)，即如何在更小的空間中支持顯著增加的電源軌。

　　為了方便所有這些數(shù)字組件的集成，使患者和醫(yī)生同樣受益，凌力爾特推出了節(jié)省空間的 LTM4644，這是一款 14V_IN 四輸出降壓型微型模塊 (µModule) 穩(wěn)壓器。LTM4644 在雙面 PCB 上占用 2.3cm x 1.5cm 空間 (參見圖 1)，可調(diào)節(jié)四個(gè)輸出電壓，每個(gè)電壓提供高達(dá) 4A 電流，以滿足數(shù)字內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中 FPGA 以及其他數(shù)字處理器的功率要求 (參見圖 2)。相比之下，其他廠商所提供類似可比的降壓型模塊解決方案需要的 PCB 面積則是 LTM4644 的 4 倍。此外，憑借可均流輸出，這款降壓型微型模塊穩(wěn)壓器使工程師能夠靈活配置穩(wěn)壓器，配置為單 (16A)、雙 (12A、4A 或 8A、8A)、三 (8A、4A、4A) 或四 (每個(gè) 4A) 輸出。這種靈活性使內(nèi)窺鏡系統(tǒng)工程師僅用一個(gè)簡單和緊湊的微型模塊穩(wěn)壓器就能夠滿足 FPGA、ASIC、微處理器和電路板上其他電路的各種電壓和負(fù)載電流要求。