利用混合信號FPGA推動臨床醫(yī)療應(yīng)用設(shè)備的發(fā)展

　　數(shù)據(jù)記錄/通信接口則管理 Flash/EEPROM以及通信端口的使用。音頻/警報輸出功能只要通過幾個模塊和控制器就能實現(xiàn)，發(fā)出狀態(tài)警報。

　　信號調(diào)理/傳感器控制模塊與透析儀及導(dǎo)管等系統(tǒng)機械部件緊密集成，共同控制各種抗凝劑的給藥;利用比較器、通用高精度運放以及ADC來控制和感測溫度;控制透析液的混合和流動，及其他臨床治療功能。

　　泵/電機控制及驅(qū)動器電路管理設(shè)備中眾多的泵、閥、電機和加熱器，動脈和靜脈控制功能則監(jiān)控電平和壓力傳感器。有趣的是，盡管泵/電機控制和動脈/靜脈控制監(jiān)控器是血液透析儀所獨有的，圖1中其他控制器中不少是大多數(shù)臨床醫(yī)療設(shè)備常用的。

　　各種功能與混合信號FPGA的集成

　　今天的單芯片閃存混合信號FPGA帶有集成式模擬功能、Flash、FPGA構(gòu)架，常常還有嵌入式行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微處理器。因此，它們能夠執(zhí)行臨床醫(yī)療設(shè)備的系統(tǒng)管理、功率管理和熱管理，以及控制功能—從系統(tǒng)上電/斷電功能及數(shù)據(jù)記錄到溫度和電壓感測。

　　有了混合信號FPGA，系統(tǒng)板上的許多元件都變得多余而得以去除，包括Flash、PWM、分立式模擬IC、時鐘源和實時時鐘。由于基于Flash的FPGA把它們的配置信息存儲在片上Flash單元中，故無需像基于SRAM的FPGA那樣在系統(tǒng)上電時加載外部配置數(shù)據(jù)。因此，每次系統(tǒng)上電時，這些Flash混合信號FPGA不需要EEPROM或微控制器這樣的單獨系統(tǒng)配置元件來加載器件配置數(shù)據(jù)。這就降低了系統(tǒng)成本和板卡空間要求，同時提高了醫(yī)療設(shè)備的安全性和系統(tǒng)可靠性。

　　此外，這些高度集成的器件讓設(shè)計人員能夠把原本由數(shù)個分立元件所提供的功能完全整合在單個高度可靠的混合信號FPGA中。圖1中的功能性模塊 (圖1中的灰色區(qū)域) 就是典型血液透析儀中這種集成度的體現(xiàn)。

　　例如，可能包含看門狗部件、風(fēng)扇驅(qū)動器和溫度傳感器的功率控制模塊就可以由單個混合信號FPGA器件所代替。混合信號FPGA還能夠提供原本由電機/泵驅(qū)動器模塊提供的全部功能，包括微處理器和ADC。

　　透析儀中的用戶接口通常包含有鍵盤、觸摸屏或 LCD顯示屏，以及揚聲器。設(shè)計良好的接口可讓醫(yī)療服務(wù)提供者更好地監(jiān)控病患狀態(tài)，有效執(zhí)行治療方案。用戶接口、音頻/警報和數(shù)據(jù)記錄/通信模塊可以集成在一個混合信號FPGA芯片中。該器件中的嵌入式微處理器和Flash能夠完成數(shù)據(jù)記錄任務(wù)，而其他IP解決方案可協(xié)助管理數(shù)據(jù)輸入、警報及其他任務(wù)。

　　在血液透析儀中，功率和熱管理單元執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)，比如血液的溫度感測和系統(tǒng)上電/斷電功能(如圖2所示)。精確測量溫度并控制系統(tǒng)功率可能會增加成本，但也會提高設(shè)備的可靠性，從而延長產(chǎn)品的使用期限和病患的壽命?，F(xiàn)今混合信號FPGA中的模擬電路使得這些關(guān)鍵性功能得以輕易集成和實現(xiàn)。