特斯拉柏林工厂预计将在第四季度获得最终批准
06-18
当前，由于医疗服务成本上升、慢性病流行、人口老龄化、以及大规模新兴市场如随着中国、印度和巴西等国家对低价需求的不断增长，对坚固可靠的医疗设备的需求巨大，以改善全球数百万患者的治疗和护理，扩大疾病治疗范围。
因此，医疗设备设计人员正在研究来自不同行业的新技术，以增强下一代设备的诊断、监测和治疗能力。
为了让医疗设备更便宜、更方便患者使用，出现了两个趋势——小型化和便携化。
如今，医疗设备制造商能够将整个系统集成到手掌大小或更小的便携式设备中。
例如，EKG（心电图）、血液透析机和病人监护仪等临床医疗设备是医院/诊所的必备设备，而且它们的体积也在不断缩小。
曾经必须固定在墙上的笨重设备现在可以在流动诊所、救护车甚至医生的“值班”包中找到。
小型化和便携化趋势的一个含义是，这些复杂的仪器必须足够可靠，才能适用于更广泛的工作环境。
过去，这些仪器在洁净的手术室、诊所或实验室中正常运行就足够了。
但如今，现代医疗设备还必须能够在移动诊所或救护车中提供相同的精度和可靠性。
说到医疗设备，一般是不允许出错的。
许多临床医疗设备都是基于微处理器的机电设备，使用同一组构建模块：电源控制和温度管理；用户界面包括键盘、液晶显示器和音频控制；用于数据记录的闪存或 EEPROM；以及用于连接其他机器的设备接口。
尽管有许多相似之处，但每种医疗应用仍然非常具体且通常很复杂。
例如，EKG（心电图）设备无法清除血液中的废物，血液透析机无法诊断心脏病。
因此，除了“核心”构建模块之外，临床医疗设备还包含其任务所特有的诊断或功能“模块”。
例如，超声波检测器包含具有传感器脉冲控制的传感器探头，而血液透析则使用透析器。
这些不断变化的特性和要求以及复杂的功能被集成到小尺寸、低功耗、高精度和可靠运行中，使临床医疗设备成为可重新编程非易失性半导体技术的绝佳候选者。
市场。
特别是基于Flash的混合信号FPGA特别适合临床医疗应用，因为它们不仅具有高集成度、智能电源和系统管理功能，而且占用空间小、可靠性高。
这些优势有助于血液透析机等临床医疗设备满足电池规格、减少设计占地面积、最大限度地减少散热并确保这些日益缩小的医疗应用的可靠运行。
市场分析机构Gartner Dataquest指出，对于半导体而言，医疗应用设备是增长最快的领域之一。
2020年9月，Gartner预计2018年半导体医疗电子产品市场规模约为34.2亿美元，到2018年将增长至44.8亿美元，其中FPGA约占总额3.23亿美元。
临床医疗设备示例 - 血液透析机 血液透析机专门设计用于过滤血液、连续控制和监测静脉和动脉血压以及管理治疗期间抗凝剂的使用。
血液透析通常持续 3-5 小时，每周大约进行 3 次。
在透析过程中，血液从体内抽入血液透析器。
仪器中的透析器（过滤器）清除体内产生的代谢废物，使血液恢复正常的电解质平衡，并将体内多余的体液排出体外。
然后，洁净的血液返回人体。
为了实现其主要功能，血液透析机使用多个微控制器来监视和控制血液和其他体液的流动、发出警报并在必要时关闭机器（如图1所示）。
图 1 显示了典型血液透析机的一些特征。
电源控制模块执行风扇驱动的温度感测，还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患者信息，定制治疗参数。
它还可以帮助医疗服务提供者更好地监测患者在透析过程中的身体状况和治疗效果。
数据记录/通信接口管理Flash/EEPROM和通信端口的使用。
只需几个模块和控制器即可实现音频/报警输出功能，发出状态报警。
信号调理/传感器控制模块与透析器、导管等系统机械部件紧密集成，共同控制各种抗凝剂的给药；它使用比较器、通用高精度运算放大器和ADC来控制和感测温度；控制透析液的混合和流量，以及其他临床治疗功能。
泵/电机控制和驱动电路管理设备中的众多泵、阀门、电机和加热器，而动脉和静脉控制功能则监控液位和压力传感器。
有趣的是，虽然泵/电机控制和动脉/静脉控制监视器是血液透析机所独有的，但图 1 中的许多其他控制器在大多数临床医疗设备中都常用。
将各种功能与混合信号 FPGA 集成 当今的单芯片闪存混合信号 FPGA 具有集成模拟功能、闪存、FPGA 架构，并且通常还具有嵌入式行业标准微处理器。
因此，它们能够执行临床医疗设备的系统管理、电源管理和热管理，以及控制功能 - 从系统电源开/关功能和数据记录到温度和电压感测。
使用混合信号 FPGA，系统板上的许多组件变得多余并且可以被移除，包括闪存、PWM、分立模拟 IC、时钟源和实时时钟。
由于基于Flash的FPGA将其配置信息存储在片上Flash单元中，因此不需要像基于SRAM的FPGA那样在系统上电时加载外部配置数据。
因此，这些闪存混合信号FPGA不需要单独的系统配置组件（例如EEPROM或微控制器）在每次系统上电时加载器件配置数据。
这降低了系统成本和电路板空间要求，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使设计人员能够将最初由多个分立组件提供的功能完全集成到单个高度可靠的混合信号 FPGA 中。
图 1 中的功能模块（参见图 1 中的灰色区域）是典型血液透析机中这种集成级别的示例。
例如，可能包含看门狗组件、风扇驱动器和温度传感器的电源控制块可以由单个混合信号 FPGA 器件替代。
混合信号 FPGA 还能够提供最初由电机/泵驱动器模块提供的所有功能，包括微处理器和 ADC。
透析器中的用户界面通常由键盘、触摸屏或 LCD 显示屏以及扬声器组成。
精心设计的界面使医疗保健提供者能够更好地监控患者状态并有效实施治疗计划。
用户界面、音频/警报和数据记录/通信模块可以集成到混合信号 FPGA 芯片中。
设备中的嵌入式微处理器和闪存执行数据记录任务，而其他 IP 解决方案则帮助管理数据输入、警报和其他任务。
在血液透析机中，电源和热管理单元执行关键任务，例如血液温度传感和系统电源开/关功能（如图2所示）。
准确测量温度和控制系统功率可能会增加成本，但也提高了设备??可靠性，延长了产品寿命和患者寿命。
当今混合信号 FPGA 中的模拟电路可以轻松集成和实现这些关键功能。
总结 由于医疗服务费用不断上涨、慢性病流行、人口老龄化，对价格实惠、好用、可靠的医疗器械的需求巨大，以改善各地的医疗服务世界。
对于从家庭应用到临床护理的各种医疗设备，已经出现了两个趋势：小型化和便携式。
许多临床医疗设备都是基于微处理器的机电设备，使用同一组构建模块：电源控制和温度管理；用户界面包括键盘、液晶显示器和音频控制；用于数据记录的闪存或 EEPROM；以及用于连接其他机器的设备接口。
尽管有许多相似之处，但每种医疗应用仍然非常具体且通常很复杂。
因此，临床医疗器械除了“核心”部件外，还包含与其任务相对应的独特诊断或功能“模块”。
这些不断变化的特性和要求以及复杂的功能被集成到小尺寸、低功耗、高精度和可靠运行中，使临床医疗设备成为可重新编程非易失性半导体技术的绝佳候选者。
市场。
特别是基于Flash的混合信号FPGA特别适合这些应用，因为它们不仅具有高集成度、智能电源和系统管理功能，而且占用空间小、可靠性高。
这些优势有助于临床医疗设备满足电池规格、减少设计占地面积、最大限度地减少热量消耗并确保可靠运行。
此外，消除了对分立元件的需求，并将处理、模拟输入和输出、实时时钟和闪存集成到单个混合信号 FPGA 中，从而提高了可靠性，降低了成本和功耗，并最大限度地减少了电路板空间。
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