【应用】高集成、小尺寸反射光学传感器OPB9000，极大推动便携式医疗设备的发展

时间： 2018-10-11 来源：TT ELECTRONICS

技术问答

全球家庭医疗保健服务行业的价值已经达到数十亿美元，随着人口的增长和老龄化的加剧，预计这种情况将继续增加。该行业包括由经过培训的专业人员在家中提供护理的任何服务，并且毫不奇怪地，在该领域中采用技术设备将成为主要趋势，利用技术来管理医疗正在重塑这个行业。其成功的关键是能够将医疗设备移出医院并进入患者家中。

集成是关键

医疗部门已经有一种趋势，即在医院内使设备更便携；将诊断设备移动到病人床边而不需要使用专用房间的能力使得医院更有效率，同时提供更高水平的患者咨询服务。

除了诊断之外，随着人口老龄化，对可监测病情和管理护理的设备的需求也在增加。这通常需要患者到医院进行治疗，但是现如今，在患者自己的家中提供这种护理服务变得可行起来。

驱动医疗设备发展的一些技术受摩尔定律的约束，摩尔定律基本上表明集成电路的能力每两年翻一番。该理论的一个重要方面是设备的尺寸不会增加，并且在大多数情况下实际上会缩小。这意味着随着集成规模的扩大，设计出能够在不增加尺寸的情况下实现更多功能的设备变得更加容易，或者更有针对性地，它可以在更小的占地面积内提供相同的性能。正是这项定律有助于为家庭医疗保健行业提供动力，至少在所需技术方面如此。

当然，医疗设备不仅仅是由集成电路组成。医疗设备的某些部件根本无法在物理上做得更小，但是使电子设备更小并且消耗更少功率的能力可以帮助弥补这一点，从而允许设备的整体尺寸变得更小并且更便携。由于现有的设备处理能力水平，越来越有可能设计出实际上能够自动运行的设备。

连通性是这个家庭医疗保健新时代的另一个重要因素。所有类型的设备连接到互联网的能力 - 即所谓的物联网 - 意味着家庭医疗设备可以与专业医疗保健提供商保持联系。可以远程访问所有患者的统计数据，而设备本身可以在检测到可能引起问题的任何情况下发出警报。

强大的解决方案

当然，医疗电子市场已经很成熟，并且针对该领域的半导体制造商给出了最高标准。用于医疗应用的认证组件需要最高的设计和制造标准。

这就产生了对高质量、强大的解决方案的需求。从系统层面来看，医疗设备可以被视为任何其他设备，但其在每个级别上，所使用的组件必须提供超出几乎任何其他设备部件所要求的质量、可靠性和能力水平。

开发医疗设备的部分挑战是需要保持无菌环境，特别是如果该设备需要与患者接触。如果设备旨在由患者在家中使用，则这可能变得更具挑战性。在这种情况下，设备必须通过监控其自身的运行条件进行自我诊断。这无疑意味着其中包含许多可以检测设备状态的传感器，从而进一步加剧了设计挑战。

例如，在家中使用的血液透析机。检测有效的滤芯是必不可少的，但检测存在的废弃物（如血液和其他可能的体液）也是必不可少的。家庭健康设备仍然需要保持和医院中相同的清洁度，因此废弃物的存在显然是潜在的健康风险。检测到此危险并警告护理提供者或患者将成为设备规范的一部分。

光学装置通常用于解决这种风险，因为它们提供了一种在没有物理接触的情况下测量和感测一系列条件的方法。光学开关可用于检测诸如墨盒之类的消耗品的存在或不存在，以及诸如废弃物之类的其他物质。

如果打算用于便携式设备，这些光学传感器还必须消耗最小的功率，同时具备高度集成，还要尽可能小，并能够承受恶劣的环境。这种装置的一个例子是TT Electronics公司推出的OPB9000 反射光学传感器，它专为医疗应用而设计。该器件包括一个完全集成的模拟前端，片上处理器和表面贴装封装的数字接口，尺寸仅为4.0×2.2×1.5mm。在如此小的轮廓中的这种集成度，表明其电路复杂性节省了多达80％的空间。坚固的工业级树脂使该款传感器可在-40°C至+ 85°C的宽温度范围内工作，是极端恶劣环境的理想选择。

图1 OP9000封装外形图

在医疗应用中，该传感器可用于医院、实验室和便携式设备，以检测介质和墨盒是否存在，以及检测污染和液位等。OPB9000具有25klux的环境光抗扰度，可用于其他光学传感器无法使用的地方。它还集成了其他设备所没有的各种功能，如自校准和自动增益控制，温度补偿电路，可编程对比灵敏度和行业标准的通信接口。可以校准传感器以检测不同距离的各种反射表面。片上EEPROM用于存储校准后的LED驱动电流水平、灵敏度水平和输出类型，使传感器能够在下一个上电周期返回到正确的电平和状态。每个校准序列都遵循一个简短的状态模式，允许用户来确保校准成功。此外，该传感器的响应时间仅为6μs。图1显示了OPB9000的功能框图。

图2 OP9000功能框图

结论

对设计用于家庭的更小和更便携的医疗设备的需求不断增长。反过来，这又需要更小，更高度集成的传感解决方案。光学传感器专注于可靠性，简单性和灵活性，有助于推动专门针对家庭医疗保健市场的设备开发。TT Electronics公司推出的OPB9000反射光学传感器，提供高集成度和宽工作温度范围，还集成了其他设备所没有的各种功能，专为医疗应用而设计。

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用户34395721 Lv4. 资深工程师 2018-11-06

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