orjinali

Design Considerations

A ventilator, when used for intensive care, is used to improve the rate and depth of breathing during respiratory failure by generating and regulating the flow of gas into the lungs. Often it is necessary to first treat a patient with mandatory ventilation and then slowly wean them into spontaneous or assisted mode. A ventilator operating in mandatory mode must control all aspects of breathing such as tidal volume, respiration rate, inspiratory flow pattern, and oxygen concentration of the breath.  Once in spontaneous mode, the ventilator must allow the patient to initiate a breath and control the breathe rate, flow rate, and the tidal volume.  Whether for short-term treatment of acute respiratory problems or for long-term therapy to treat patients with chronic respiratory disorders, many of the same design concepts and components apply.

Pressure sensors play an important role for respiration equipment by converting physical values such as airway pressure and flow into a differential signal.  The accurate processing of these signals is life critical.  The air and oxygen flow sensors generate signals to help the microprocessor control the valves to deliver the desired inspiratory air and oxygen flows.  The airway pressure sensor generates the feedback signal necessary for maintaining the desired positive end expiratory pressure (PEEP).  Often, the sensors are very cost-effective with large offset and offset drift causing the signals to be over or under scaled, temperature variant and non-linear. Amplifiers with low offset voltage and drift over time and temperature as well as low-noise and a high common-mode rejection ratio are ideal for signal conditioning.

A number of control design strategies may be appropriate for the control of the air and oxygen flow delivery valves. The microprocessor performs multiple operations including sampling the pressure signals, computing a desired airway pressure and total inspiratory flow level and actuating the air and oxygen valves for each individual inspiratory cycle.  To achieve these operations efficiently and in real-time, a high-speed, low-power, highly-integrated microprocessor is needed.  DSPs can be used for such demanding control applications.  A DSP can also provide fast interrupt response and processing and simultaneous conversions.

Some systems are equipped with compressed-gas tanks and backup batteries to provide ventilation in case of power failure or defective gas supplies.  It is important that the battery management components accurately assess the energy levels to ensure safety and reliability.  Ideal parts include Impedance Track™ technology that measures and maintains a more accurate record of available charge in the battery using its high-performance analog peripherals.

If functional safety certification is required, Hercules™ Safety MCUs are built to ease the development and certification of safety critical systems to the IEC61508 safety standard, for example. Based on the ARM® Cortex™-R4F core Hercules MCUs provide floating point, SIMD and DSP capability. Hercules MCUs include up to 3MB of flash, 12-bit ADCs, flexible HET Co-Processor and communication peripherals such as USB, Ethernet and CAN that enable the MCU to act as a safe networked controller that can perform safe control as well.

Application Notes (4)

çeviri


Tasarım konuları

Yoğun bakım için kullanılan ventilatör, akciğerlerin içine gaz akışını üreten ve düzenleyen tarafından solunum yetmezliği sırasında solunum hızını ve derinliğini artırmak için kullanılır. Genellikle ilk zorunlu havalandırma olan bir hastayı tedavi ve sonra yavaş yavaş onları spontan ya da yardımlı moduna vazgeçirmek için gereklidir. Zorunlu modunda bir ventilatör gibi tidal volüm, solunum hızı, inspiratuvar akım paterni ve nefes oksijen gibi solunum tüm yönleriyle kontrol etmelidir. Sonra spontan modunda, ventilatör hasta bir nefes başlatmak ve nefes hızı, akış hızı ve tidal volüm kontrol izin vermesi gerekir. Aynı tasarım kavramları birçok kronik solunum bozukluğu olan hastalarda, tedavi ve bileşenleri uygulamak için akut solunum sorunları kısa süreli tedavi için veya uzun süreli tedavi için olsun.

Basınç sensörleri bir diferansiyel sinyal Böyle küçük hava yolu basınç ve debi gibi fiziksel değerleri dönüştürerek solunum ekipmanı için önemli bir rol oynamaktadır. Bu sinyallerin doğru işleme ömrü kritik önem taşır. Hava ve oksijen akışı sensörleri mikroişlemci istenen inspiratuar hava ve oksijen akışını sağlamak için vanaları kontrol etmeye yardımcı sinyaller üretir. Hava yolu basıncı sensörü istenilen pozitif ekspirasyon sonu basınç (PEEP) korumak için gerekli geri besleme sinyali üretir. Genellikle, sensörler sinyalleri üzerinden veya ölçekli, sıcaklık varyant ve non-lineer altında olması neden büyük ofset ve ofset sürüklenme çok maliyetli vardır. Zaman ve sıcaklık gibi düşük gürültü ve yüksek bir ortak mod reddetme oranı üzerinden alçak offset voltaj ve sürüklenme ile Amplifikatörler sinyal şartlandırma için idealdir.

Kontrolü tasarım stratejilerinin bir dizi hava ve oksijen akışını teslim vanaların kontrolü için uygun olabilir. Mikroişlemci, basınç sinyalleri örnekleme istenen bir hava yolu basıncı ve toplam inspiratuvar akım seviyesi bilgisayar ve her inspiratuar döngüsü için hava ve oksijen vanaları harekete dahil çoklu işlemleri gerçekleştirir. Verimli ve gerçek zamanlı olarak bu operasyonları gerçekleştirmek için, düşük güç, yüksek hız, yüksek entegre mikroişlemci gereklidir. DSPs gibi zorlu kontrol uygulamaları için kullanılabilir. Bir DSP de hızlı kesmesi tepki ve işleme ve eşzamanlı dönüşüm sağlayabilir.

Bazı sistemler, elektrik kesilmesi veya arızalı gaz halinde havalandırma sağlamak için basınçlı gaz tankları ve yedek pilleri ile donatılmıştır. Bu akü yönetimi bileşenleri doğru güvenlik ve güvenilirlik sağlamak için enerji düzeylerini değerlendirmek önemlidir. İdeal parça Empedans Track ™, yüksek performanslı analog çevre birimleri kullanarak pil mevcut ücretten daha doğru ölçer kayıt ve muhafaza teknolojisi içerir.

Fonksiyonel emniyet sertifikası gerekiyorsa, Hercules ™ Emniyet MCUs örneğin, IEC61508 güvenlik standardı için emniyet kritik sistemlerinin geliştirilmesi ve belgelendirme kolaylaştırmak için inşa edilir. ARM dayanarak ® Cortex ™-R4f'in çekirdekli Hercules MCUs kayan nokta, SIMD ve DSP yeteneği sağlar. Hercules MCUs flaş 3MB, 12-bit ADC, esnek HET Co-İşlemci ve USB, Ethernet gibi haberleşme çevre birimlerine kadar içerir ve bu MCU yanı emniyetli kontrol gerçekleştirebilirsiniz güvenli bir ağ denetleyicisi olarak hareket etmesini sağlar CAN.

Uygulama Notları (4)