FPGAs als Schnittstelle zur Medizintechnik
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
FPGAs als Schnittstelle zur Medizintechnik
In vielen Fällen lassen sich sogar mehrere Funktionsblöcke kombinieren. So können zum Beispiel „Audio/ Alarm“, „Benutzer-Schnittstelle“ und „Datenerfassung/Kommunikation“ in einem Baustein untergebracht werden. Dabei können der interne Mikroprozessor und der nichtflüchtige Speicher zum Sammeln von Daten benutzt werden.
Fusion enthält Analogfunktionen, Flash-Speicher und FPGA-Schaltmatrix auf einem einzigen Mixed-Signal-FPGA. Bei flash-basierten FPGAs werden die Konfigurationsdaten in Flash-Zellen auf dem Chip gespeichert. Nach der Programmierung sind die Konfigurationsdaten Bestandteil der FPGA-Struktur. Gegenüber SRAM-FPGAs müssen daher beim Einschalten keine externen Konfigurationsdaten geladen werden. Fusion-FPGAs benötigen deshalb keine externen Konfigurationsbauteile wie EEPROMs oder Mikrocontroller. Dies reduziert die Bauteilekosten sowie die PCB-Fläche und erhöht die Sicherheit und die Systemzuverlässigkeit.
Darüber hinaus lassen sich mit Fusion-FPGAs mehrere Bauteile auf dem System-Board einsparen. Dazu gehören Flash-Speicher, PWM-Schaltung, diskrete Analog-ICs, Taktquellen, EEPROM und Echtzeit-Taktsignale. Dies reduziert die Systemkosten sowie den Platzbedarf auf der Leiterplatte.
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Power- und Temperatur-Management
In vielen Dialyse-Maschinen sind die Power- und Temperatur-Management-Einheiten für mehrere kritische Aufgaben zuständig. Dazu gehören zum Beispiel die Temperaturerfassung im Blut sowie System-Power-Down/Up-Funktionen (Bild 2). Exakte Temperaturmessungen sowie die genaue Steuerung der Systemleistung können die Zuverlässigkeit sowie die Lebenserwartung von Dialyse-Maschinen erhöhen. Diese bedeutenden Funktionen lassen sich mit den Embedded-Analogblöcken in FPGAs implementieren.
Ferner sind Fusion-FPGAs sofort nach dem Einschalten betriebsbereit und können an einer einfachen 3,3-VSpannung arbeiten. Aufgrund ihres Einschaltverhaltens können Fusion-FPGAs als System-Manager eingesetzt werden. In dieser Funktion übernehmen sie die präzise Überwachung und das definierte Einschalten (Sequencing) mehrerer Stromversorgungen. Anspruchsvolle Systeme lassen sich auf diese Art kontrolliert und sicher einschalten.
Beim Einschalten von Fusion-FPGAs entstehen, anders als bei SRAM-FPGAs, nur sehr geringe Stromspitzen. Dies kann für den Einsatz in medizinischen Anwendungen entscheidend sein. Sie verfügen außerdem über mehrere Low-Power-Betriebsarten wie Sleep- und Standby-Modi.
Mixed-Signal-FPGAs haben sich seit langer Zeit in Medizingeräten für den Klinikeinsatz etabliert. Bisher wurden FPGAs in medizinischen Applikationen vor allem wegen ihrer Eigenschaften wie universelle Einsatzmöglichkeiten, Programmierbarkeit, kurze Entwicklungszeiten und einfache Handhabung eingesetzt.
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