超小型模数转换器提升低功耗的医疗应用

3 数字 X 射线成像  

另一种需要快速ADC的医疗应用实例是数字X射线成像，包括牙科X射线、计算机控制轴向X射线断层摄影术(CAT扫描) 或用于全身扫描的医用核磁共振成像等。X射线设备制造商现在不是将图像储存在一张胶片上，而是以数字方式储存数据。医生的办公室或医院不再是在文件柜中储存成千上万张胶片，而是可以非常容易地将结果储存到存储器中，并可迅速查阅病人的病历。  

采用数字X射线成像的第二个积极作用是能够给患者带来舒适感。随着更快的ADC、传感器和信号调节模块的出现，检查病人酸痛的牙齿或断裂的骨头可以快得多，这意味着病人需要保持不动的时间短得多。有了更快的X射线检查过程，医生办公室或医院还可以在同样的时间内看更多的病人。  

数字X射线一般需要至少12位分辨率和1Msps或更高采样率的ADC。这种ADC必须有高于或等于刷新率乘以阵列大小所得数值的采样率。这种应用一般需要多个ADC以分辨来自闪烁体的所有光电二极管或CMOS成像电流。一组光电二极管、放大器和ADC用来对整个阵列采样，如图3所示。当多个ADC放置在一个空间受限的区域内时，有一个具有快速串行数据通信功能的低功率SAR ADC至关重要。基于73dB信噪比和零数据延迟的LTC2366(3Msps)和LTC2365(1Msps)就非常适合数字 X 射线成像使用。  



                                       
                                      图3：X 射线成像设备原理示意图

LTC2366的低功率(3Msps时为7.8mW)意味着，设计师可以使用多个紧密相邻的 ADC，而不会使系统变热或者干扰读数或病人。管线型 ADC 在相同采样率时可能消耗 10倍的功率。  

4 数字体温计  

数字体温计是另一个可在家庭或医院用于病人护理的小型且价格不贵的设备。它们允许通过测量耳膜或放在腋下快速检查病人体温。检测温度并将其转换成数字读数的模拟电路可以相当简单。这种应用常常会用到热敏电阻，即一个随温度变化而改变的电阻，因为它对人体温度具有最高的灵敏度。  

LTC2450-1是一个有点儿像SAR ADC的16位delta sigma型ADC，其功率也随采样率变化而变化。这种类型的delta sigma ADC非常适合某些医疗应用。例如，LTC2450-1可直接连接到一个热敏电阻上(如图4所示)，提供精确的数字温度读数。在这个例子中，一个固定的10kΩ电阻与一个取决于温度并在1kΩ和10kΩ之间变化的热敏电阻串联，允许该ADC测量宽模拟输入范围。LTC2450-1的输入架构允许它测量高阻抗传感器，因此可以旁路掉一个放大器。电阻网络与去耦电容器可直接连接到模拟输入端。  



     图4：低休眠电流的LTC2450-1 ADC非常适用于由电池供电的数字体温计

LTC2450-1提供极低的电源电流(随温度变化保证最大值为 0.5μA)，使它非常适合用单节电池工作的数字体温计。大多数家用数字体温计都会放在抽屉里，以休眠电流工作，仅偶尔需要加电一次。  

LTC2450-1提供每秒60个采样的输出速率，这对数字体温计测量而言足够用了。它采用2mmx2mm封装，通过SPI协议通信。小封装尺寸和直接与热敏电阻连接的能力使得总的模拟解决方案尺寸极小。对那些希望使用2线协议的设计师而言，也有单端和差分I2C 版本可用。  

5 本文小结  

全球人口在持续增加。美国的“婴儿潮”一代已经接近退休年龄。随着医疗设备在精确度、成本和简单性方面的不断改善，家庭医疗护理正在变得更加容易和更加便捷。正是从传感器到放大器和ADC的模拟信号链路在帮助推动这种转变。而更快速和更低功率的串行ADC将使医疗设备的精确度、速度和易用性得到进一步提高。