難點(diǎn)攻克：全球最小尺寸醫(yī)療內(nèi)窺鏡的輻射解決方案分析

本期主要介紹從美國(guó)硅谷引進(jìn)的MEMS Oscillator，它體積小，頻率覆蓋范圍廣，展頻寬度調(diào)整范圍大，非常適用于體積越來(lái)越小，像素越來(lái)越高的醫(yī)療內(nèi)窺鏡產(chǎn)品，目前西門(mén)子、通用電氣、iPhone 8都已經(jīng)在批量使用。

內(nèi)窺鏡是一種常用的醫(yī)療器械.由可彎曲部分、光源及一組鏡頭組成。經(jīng)人體的天然孔道，或者是經(jīng)手術(shù)做的小切口進(jìn)入人體內(nèi)。使用時(shí)將內(nèi)窺鏡導(dǎo)入預(yù)檢查的器官，可直接窺視有關(guān)部位的變化，圖像質(zhì)量的好壞直接影響著內(nèi)窺鏡的使用效果，因此內(nèi)窺鏡都采用高清攝像頭。

內(nèi)窺鏡電子部分架構(gòu)圖

主要包括四個(gè)部分：

1、前端圖像采集，通過(guò)sensor圖像傳感器接受到體腔內(nèi)粘膜面發(fā)射來(lái)的光，將此采集的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

2、傳輸部分：將圖像采集信號(hào)以MIPI的形式通過(guò)電纜傳輸給圖像處理芯片DSP處理。

3、圖像處理：對(duì)由圖像傳感器來(lái)的數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理，并把處理后的信號(hào)通過(guò)HDMI、AV等視頻輸出信號(hào)輸出給顯示設(shè)備顯示。

4、圖像顯示：顯示由SENSOR圖像傳感器采集來(lái)的人體內(nèi)部狀況，便于醫(yī)護(hù)人員判斷病情或?qū)嵤┦中g(shù)。

輻射設(shè)計(jì)整改難點(diǎn)

數(shù)據(jù)分析：

1、時(shí)鐘信號(hào)倍頻諧波引起的輻射超標(biāo)，本方案采用SONY Sensor，MCLK頻率37.125MHZ，MIPI時(shí)鐘148MHZ，測(cè)試中窄帶超標(biāo)頻點(diǎn)主要是由兩個(gè)時(shí)鐘頻點(diǎn)的倍頻引起。

2、在200MHZ到500MHZ之間的寬帶包絡(luò)，主要是Sensor與DSP之間的傳輸電纜引起的共模噪聲。

整改措施

1、時(shí)鐘倍頻的超標(biāo)處理

（1）處理措施：在時(shí)鐘源頭晶振上增加展頻或在上行時(shí)鐘MCLK上增加展頻方案，如下圖：

說(shuō)明：

①如果SENSOR的時(shí)鐘是由DSP提供，可以在DSP的時(shí)鐘源頭晶振上增加展頻，增加后所有通過(guò)晶振倍頻分頻后的時(shí)鐘都可以得到相同的展頻效果，具體如下：

② 在上行時(shí)鐘MCLK上靠近DSP串聯(lián)展頻IC，增加展頻后MCLK和MIPI時(shí)鐘都能得到相應(yīng)的展頻，具體如下：

③上行時(shí)鐘MCLK由有源晶振提供，可以直接替換成帶展頻晶振。

（2）增加展頻后測(cè)試效果對(duì)比圖

測(cè)試結(jié)果說(shuō)明：

攝像頭時(shí)鐘的高次諧波得到了很好的抑制，降幅在15dB以上。

2、Sensor與DSP之間的傳輸電纜引起的共模噪聲。

處理措施：采用屏蔽效果好的同軸線(xiàn)纜替代原有的普通不屏蔽線(xiàn)纜。

3、整改后測(cè)試數(shù)據(jù)

總結(jié)

醫(yī)療內(nèi)窺鏡在臨床上的應(yīng)用越來(lái)越普及，它正在向著小型化、多功能、高像素發(fā)展，鑒于結(jié)構(gòu)的特殊性，因此內(nèi)窺鏡輻射測(cè)試中，時(shí)鐘超標(biāo)問(wèn)題越來(lái)越突出，如何在有限空間內(nèi)處理好時(shí)鐘問(wèn)題就成為了關(guān)鍵，而帶展頻晶振的出現(xiàn)就恰好滿(mǎn)足了它的需求，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、和有源晶體的封裝和管腳定義一致，節(jié)省PCB空間，替換方便；

2、從源頭解決時(shí)鐘問(wèn)題，EMI抑制效果好；

3、有源晶振可以直接放置在攝像頭模組，避免MCLK的頻點(diǎn)通過(guò)排線(xiàn)放大形成的輻射發(fā)射噪聲，同時(shí)又能對(duì)下行時(shí)鐘（PCLK）進(jìn)行展頻，對(duì)于攝像頭的時(shí)鐘引起的輻射發(fā)射超標(biāo)有很好的抑制作用。

4、目前有成功應(yīng)用的成熟產(chǎn)品的封裝有0806（L0.8mm×0.6mm）、1508、2016、2520、3225等 。

以上是我們多年來(lái)對(duì)醫(yī)療內(nèi)窺鏡實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，我們堅(jiān)信大道至簡(jiǎn)，解決問(wèn)題才是硬道理，歡迎大家對(duì)我們提出寶貴意見(jiàn)及咨詢(xún)相關(guān)產(chǎn)品資料。