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揭开医用警报的神秘面纱 — 第2部分

2021-12-28
来源:电子创新网
关键词: 医用警报 MCU CPLD

  在之前的文章中,我们介绍了医用警报及其合规要求。现在,我们来了解下医用警报系统的设计方法和当前的实现方案。

  图1显示了多参数患者监护仪的简要方框图。红框是输出用户界面,它可以分别驱动显示器和扬声器发出可视警报和音频警报。该子系统在大多数医疗设备中都很常见。根据终端设备的具体要求和预期的故障条件,设计人员会使用不同的技术来生成适当的警报音调。在本文中,我们将论述最为常见的设计方法和实现方案。

  

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  图1:多参数患者监护仪的简要方框图

  图2显示了实现医疗设备警报的方框图。医疗设备设计的一个主要要求是需要不受单一故障的影响。医疗设备的“单一故障状态”指存在单个独立的异常情况。在单一故障状态下,医疗设备必须保证基本的安全(以免受物理危害)、提供最基本的功能,这称为“基本性能”。对于大多数治疗和所有紧急护理医疗设备而言,警报是基本性能的一部分。因此,警报功能需要不受单一故障的影响。

  下面列出了医用警报的单一故障状态,包括:

  1.警报的主驱动源出现故障,如微控制器(MCU)。

  2.由市电供电的设备出现电源故障。

  3.由电池供电或使用备用电池的设备出现电池放电或其他故障。

  4.可闻或可视警报主电路出现故障。

  在对故障响应时间要求不太高的医疗设备中,可闻和可视警报可作为冗余报警功能相互补充。但在呼吸机等紧急护理设备中,对故障响应时间的要求非常严格。

  

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  图2:医疗设备警报系统的可能实现方式

  从图2中可以看到,警报子系统通过设置两组可视和可闻警报,实现了冗余功能。使用重合电路可检测主报警功能是否出现故障。重合电路则通常将麦克风靠近扬声器放置,用来监听声级。当麦克风接收到的声音与电路产生的声音不同时,便会显示错误信息。TI的警报音调发生器参考设计采用了示例中的重合电路。

  现在有多种方式可以实现报警功能,例如使用MCU、现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)、集成蜂鸣器、音频编解码器或分立式运算放大器和胶合逻辑。所有这些技术都各有利弊。表1从不同终端设备的可配置性、可用性、成本、物料清单和适用性方面对不同的实现方法进行了比较。

  

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  表1:医用警报实现技术比较

  实现医用警报的一个方法是使用DAC53701这样的10位智能数模转换器(DAC),它支持使用预编程波形生成医用警报。此DAC可用于生成可闻和可视警报,并支持脉冲频率、脉冲包络和脉冲群时序配置。

  关于德州仪器(TI)

  德州仪器(TI)(纳斯达克股票代码:TXN)是一家全球性的半导体公司,致力于设计、制造、测试和销售模拟和嵌入式处理芯片,用于工业、汽车、个人电子产品、通信设备和企业系统等市场。我们致力于通过半导体技术让电子产品更经济实用,创造一个更美好的世界。如今,每一代创新都建立在上一代创新的基础之上,使我们的技术变得更小巧、更快速、更可靠、更实惠,从而实现半导体在电子产品领域的广泛应用,这就是工程的进步。这正是我们数十年来乃至现在一直在做的事。





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