便携式医疗设备中的信号调整

　　正如图3所示，会采用一个高通滤波器来抑制能够引致下一个增益级饱和的直流器件。这个高通滤波器的截止频率为0.5Hz。该滤波器采用二阶Sallen Key型的 Butterworth 拓扑技术来实现。至于第二级是一个低通滤波器，其拥有100Hz的截止频率和100的增益，并且同样以Sallen Key 拓扑来实现。诸Sallen Key 类的模拟滤波器是围绕着有电阻器和电容器的运算放大器而建立。当中没有采用电感器是因为它体积过大、笨重和不够完美。

　　C1: 1 μF R3: 5.36 kΩ
　　C2: 220 nF R4: 14.3 kΩ
　　R1: 1.24 MΩ C3: 33 nF
　　R2: 365 kΩ C4: 1 μF
　　R5: 10 kΩ
　　R6: 1 MΩ
　　两个滤波器都是采用低功耗的运算放大器LMV552来实现，而这款放大器是采用美国国家半导体VIP50工艺制成。拥有3MHz的带宽，同时每个放大器仅需消耗34μA的电流，带宽/功耗比是同级运算放大器中最高的。LMV552拥有一个轨到轨输出级和一个扩展到接地以下的输入共模范围，操作电源电压范围是2.7V到5.5V。

　　用电池操作的系统需要一个直流/直流升压来提供信号路径所需的3.3V电压。LM2623是一款高效率的通用式升压直流-直流开关稳压器，专门应用于采用电池供电的低输入电压系统。这款稳压器可接受8V到14V的输入电压并把它们转换成1.24V到14V的稳定输出电压。配合LM2623，系统的效率可高达90%。

　　假如系统要求有病人安全性隔离，可通过采用伽伐尼隔离(galvanic isolation)、光电耦合电容和磁耦合来实现。本文虽然着重讨论ECG的前端，但在开发医疗电子系统时，安全标准问题不容忽视。

蓝牙传输

　　心跳的记录可以用无线传送到电脑、移动电话或PDA中。蓝牙技术稳定可靠、简单易用，成本经济，而且覆盖范围广，因此在病人监视方面成为普遍采用的无线技术。

　　美国国家半导体的LMX9838蓝牙串行端口模块是一款高度集成的器件，当中包含有蓝牙2.0基带控制器、2.4GHz的无线电机、晶体、天线、LDO和分立元件。该蓝牙节点功能完整，而且体积小巧(10 mm x 17 mm x 2.0 mm)。

　　在这个完整的方案中包括硬件和软件，适用于具有完整的高低蓝牙堆叠层的天线、通用存取规范(GAP)、服务发现应用规范(SDAP)和串行端口规范(SPP)等的应用。该模块包含有一个可配置的服务数据库以便迎合主控上的附加服务规范要求。此外，LMX9838通过了蓝牙终端产品认证，无需再通过任何测试或支付技术牌照费就可以直接使用到最终应用上。

　　基于美国国家半导体的CompactRISC 16位处理器架构和数字智能无线电技术，LMX9838作为一个优化解决方案可以完全满足蓝牙节点所需的数据处理和链路管理要求。

　另一例子：血糖测量仪

　　血糖测量仪是针对患糖尿症病人的重要设备。血糖控制无疑可有助于降低病患的风险，改善病人的生活品质。血糖测量通常有两个方法：反射光度测量和电化学。在光学方法中，血糖与试纸上的另一化合物产生反应后会产生某种颜色记号，其颜色的深浅程度会与血糖的浓度成正比。反射光度测量的原理是通过量度LED的反射光线来量化颜色的深度：血糖浓度越高，反射出来的光线便越弱。LED会捕捉光线并把它转换成电子信号。

　　然而，大多数的血糖测量仪都采用以氧化作用为基础的电化学方法。在这一方法中，血糖传感器是一张包含有酶和三个电极的试纸。其中的两个电极用来作测量，另一个则用来作参考。当血液样品放在试纸上时，电子会被传送到电极。电化学会量化电子的数量：所产生的电子数量会与血糖的浓度成正比。当一个参考电压(典型为200mV)施加到试纸上时，电子会被转换成一个与血糖浓度成比例的电流，这种方法被称作电流分析法。不过，产生出来的电流相当微弱，一般介乎μA 到 nA级，并需要再转换成一个可供处理的电压。

　　图5所示为一个完整方案的框图，该系统是由电池供电并可使用LM2623来提供3.3V的电源电压。通过电极量度出来的电流之后会经由一个运算放大器被转换成一个电压，这个电压再被送到微控制器处理，最后显示在LCD荧幕上。

　　R1= 47 kΩ and R2= 3 kΩ, RF= 25 kΩ

　　接下来再深入探讨一下这个由一个跨阻放大器来实现的电流到电压的转换。这种拓扑的增益会以输出电压和输入电流的比例来量度，意即反馈电阻器 Rf 必须够大至可检测到细小的电流。然而，放大器输入的电容(Cin)加上反馈电阻器(Rf)便产生出一个相位落后，而这个落后会导致增益峰值出现并影响电路的稳定性。电容器Cf是用来产生一个极和增加相角的稳定裕度。此外，此电容器亦可用来限制带宽，从而实现对噪声的抑制。正如前文提及的，传感器输出的电流是非常微弱的，这意味放大器必须有极高精度的规格。首先，使用中放大器的电流噪声必须很低，因此带有10 fA/sqrt(Hz)的LMP2232是最佳的选择。

　　另一个需要注意的参数是放大器的偏置电流，尤其是当反馈电阻很大时，此参数显得尤为重要。此外，偏移电压的影响亦同样重要，来自这两个参数的误差可计算成Verror = Vos + Ib x Rf。LM2232在工作温度范围下的偏移电压和偏置电流分别为230μV (典型值为10μV) 和 50pA (典型值为20fA)。因此，LM2232可谓此类应用的最佳选择。

　　正如上述指出的，这一放大器是一个微功率组件，双通道型号只仅消耗13μA的电流。

结论

　　无论是心电图还是血糖测量应用，对便携医疗设备来说最重要的都是保证病人的安全和移动的便利性。在设计系统的时候，超低功耗和超高精度都是不可妥协的要求。上述两个例子显示出美国国家半导体产品在精度、功耗、尺寸和灵活性等方面具有优势。