隔离技术与部件在医疗系统安全中的应用

　　医疗领域与其它领域的区别在于隔离要求。隔离在这些医疗系统中起到关键作用，它必须是强健和可靠的，并且仅需较少空间和成本。然而随着技术的发展，更小、更可靠和高性能隔离器件出现了，如单封装、多通道数字隔离器、AC电流感应器和隔离栅驱动器。这些隔离产品采用主流CMOS与USB技术，其COMS隔离产品与USB隔离器等是众多电子医疗系统的理想选择。

　　本文将对新型隔离技术与部件在电子医疗系统安全保障中的应用作研剖，并以心电图与自动外部去纤颤器(AED)及睡眠呼吸机等应用系统为例以及USB隔离技术是医疗系统中安全保障的有效选择等作分析说明。

　　CMOS隔离器技术与安全特征

　　CMOS隔离器的核心是绝缘体，介电强度决定了隔离器的电压等级，隔离分类包括“基本型”和“增强型”。基本型隔离提供了对电击的保护特性，但没有考虑安全失效状况(即故障不会导致系统自动转变到一个安全、可靠的状态);基本型隔离装置能够被用户使用，但必须被包含于系统之内。 其CMOS隔离器具有先进的电路设计技术和可达150Mbps数据传输速度、10ns传播延迟及5.6mW/通道的功耗，以及其他许多业内领先的性能规格。CMOS隔离器在最大操作电压和温度下平均无故障时间(MTTF)超过1000年，这是光耦合器的10倍。常用差分隔离代替单端隔离，因差分信号路径和接收灵敏度使在无差错操作下CMTI(共模瞬变免疫)超过25kV/us，良好的外部RF抗干扰特性可达300V/m，磁场抗扰度可超过1000A/m，这些特性使得CMOS隔离器也适用于恶劣的工作环境(强电场和磁场)对于基本型隔离设备的认证测试是在1分钟、1.6kVRMS电压下，最小漏电距离4mm。增强型隔离为破坏安全操作提供两级保护，并允许用户访问。增强型隔离设备的认证测试是在1分钟、4.8kVRMS电压下，最小漏电间距8mm。而医疗电子系统几乎总是需要增强型隔离特性，因为它要求具备安全失效保护特性。

　　COMS隔离与DSP技术在医疗系统安全中的应用例举

　　COMS隔离器在心电图中应用

　　人类的医疗数据采集系统.特别是患者监测系统，设计人员必须从非常大的共模电压及噪声中提取出非常微弱的电信号，前端放大器起到了必不可少的调节作用，以补偿后续的数字处理，从而改进了测量以及与其他系统的通信。要确保该模拟前端(AFE)准确可靠其首要的是此类医疗设备的安全保障，由此在模拟前端(AFE)与处理器之间采用先进隔离技术成为重中之重。在此仅以心电图(ECG)的模拟前端COMS隔离器为例作说明。

　　图1为COMS隔离器在心电图(ECG)前端应用配置图。图1中，来自设备差分放大器的模拟输出经过高通滤波器，然后通过串行ADC转换成数字格式。转换后的数据通过增强型(5kV)数字隔离器si8630进入控制器进行处理。该数字隔离器每个通道都可进行高达150Mbps“无瓶颈”数据传输。如果采用并行多个ADC输出，则隔离功能可以使用少于4个的六通道隔离器实现(对于16位ADC而言)。