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用于高性能便携式医疗保健设备的技术

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    标    签:便携医疗保健

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    ADI公司便携医疗保健设备常用传感器资料

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    用于高性能便携式医疗保健设备的技术 目录 MEMS惯性传感器.................................................. 3 MEMS麦克风 .......................................................... 4 光电流电压放大器 ............................................... 5 阻抗转换器系统 ................................................... 6 电容数字控制器 ................................................... 7 低功耗、高性能模拟接口............................... 8 放大器................................................................ 8 数据转换器........................................................ 9 基准电压源...................................................... 10 小型高精度温度感应 ......................................... 10 模拟微控制器和数字信号处理器 .................... 11 无线数据传输...................................................... 12 iCoupler数字隔离器技术 .................................... 13 电源管理.............................................................. 14 当前在医院和临床实验室中使用的传统高性能生命体征监护设备和血液分 析仪器正被重新设计用于护理点(POC)家用市场。这种市场趋势源于以下需 求的驱动:降低医疗保健整体成本的同时,改善病人诊断、护理和舒适度。 高性能护理点医疗保健设备必须能够满足与医院或临床设备相同的一些要 求,例如防电击安全措施、确保可靠操作的故障安全特性以及便于使用的人 机界面。这些设备具有影响设计的附加要求,包括低功耗、小尺寸、由环境 条件决定的测量灵敏度、工业标准有线或无线通信,以及较低的系统总体 成本。 www.analog.com/zh/healthcare 便携式家用医疗保健设备功能框图 CAPACITIVE SENSORS SENSORS ACCELEROMETERS (ANALOG OUTPUT) PHOTODIODES ELECTRODES LED ARRAYS ANALOG INTERFACE (RECEIVE AND TRANSMIT) AMP ADC PRECISION REFERENCE DAC IMPEDENCE TO DIGITAL ACCELEROMETERS (DIGITAL OUTPUT) MEMS MICROPHONE LCD DISPLAY CAPACITIVE RESISTIVE LCD TO DIGITAL TO DIGITAL BACKLIGHTING PROCESSOR USB D+ ISOLATION USB D− USB 5V WIRELESS COMMUNICATION AMP POWER MANAGEMENT TEMPERATURE SENSING ADI公司提供了下列技术来应对高性能便携式家用医疗保健设备的要求和挑战,包括生命体征监护仪,例如心率监护仪、老人运动监 护仪和计步器;血液分析/血糖仪;助听器;以及药物/胰岛素递送系统。 • 用于运动检测和测量的MEMS惯性传感器 • 用于光电检测测量的光电流电压精密放大器 • 用于血液凝固和体液分析的高精度阻抗数字系统 • 用于气密性用户界面和穿戴式传感器接触的电容式感应 • 连接到电极、光学传感器和惯性传感器的低功耗、高性能器件。 • 低成本、高性能的微控制器和数字信号处理器 • ISM频段无线电片上系统(SoC)和收发器确保可靠的无线数据传输 • iCoupler®隔离技术用于安全防护危险线路电压 • 用于电池供电设备的高效电源管理系统 • 小型高精度温度传感器 2 | 用于高性能便携式医疗保健设备的技术 用于运动检测和精密测量的MEMS惯性传感器 MEMS惯性传感器可用于多种便携式家用医疗保健和健康应用。老人运动监护仪、用于高风险作业人员的跌倒检测监护仪和供健身爱 好者使用的计步器依靠低g加速度计进行运动检测、速度和位置测量。不太明显的应用包括多种设备操作功能,例如通过快速摇晃 或轻触设备触发的自动唤醒功能。. ADI公司拥有业界最丰富的MEMS加速度计系列产品,提供单轴、双轴或三轴配置、模拟或数字输出以及低g检测范围。低功耗数字输 出设备具有高度可编程性,支持多种应用。 计步器 全功能计步器采用MEMS惯性传感器和软件算法来有效检测多种使用情形下的真实步数。例如,用户在崎岖的地面或一组楼梯上行走 或者上下跑动。ADI公司的MEMS惯性传感器能够更精确地检测步伐数,测量距离、速度以及所消耗的卡路里,并且误检率更低。由于 ADI公司的低g加速度计具备低成本、低功耗和低空间要求的优势,计步器正被集成到越来越多的便携式消费电子装备中,例如MP3播 放器、手机和运动鞋。 人体跌倒检测 统计显示,多数未被注意的跌倒引发的严重后果并不是直接源自跌倒本 身,而是因救助及处理延迟所致。如果救助人员能够及时得到提醒,跌 倒引发后果的严重性可大大降低。这对老年人尤其适用,不过,在许多 其他情况和活动中,就可能发生的跌倒事故(尤其是从很高的地方)及时发 出警报也将会非常重要,例如对登山者、建筑工人、擦窗者、油漆工和 屋面工发出警报。 基于三轴iMEMS®加速计的跌倒检测器可通过跟踪传感器佩戴者在三个正 交方向的加速度变化来检测其运动和体位变化,然后以算术方法对数据 进行连续分析,以确定佩戴者的身体是否跌倒。如果佩戴者跌倒,设备 将通过GPS和无线发射器进行定位,并发出警报求助。跌倒检测的核心要 素是判断是否存在紧急跌倒状况的有效可靠的检测原理和算法。低功耗 对算法和传感器来说至关重要,因为设备始终处于开启或“活动”状态。 VALUE (256/g) 1024 768 512 1: WEIGHTLESSNESS 2: IMPACT 3: MOTIONLESS 4: INITIAL STATUS 4 256 2 1 VECTOR SUM X-AXIS Y-AXIS Z-AXIS 3 0 –256 –512 1 51 101 151 201 SAMPLES (50/sec) 高级特性:自动唤醒和掉电模式 跌倒过程中的加速度变更曲线。 ADI MEMS数字输出加速度计为系统省电和高质量的用户体验提供了一些高级功能。加速度计可通过编程设置为当设备需要激活时在 短时间内快速摇晃时自动唤醒设备的系统控制器。主机控制器可配置为在等待加速度计中断,表明设备已被摇动时处于关断模式。 另外,加速度计还可通过编程设置为根据定义和可配置的无活动(缺乏运动)时间关闭系统控制器。 iMEMS加速度计 产品 型号 轴数 g范围 灵敏度/g 灵敏度精度 输出 (%) 类型 ADXL335 3 ±3 300 mV ±10 模拟 ADXL345 3 ±2/±4/±8/±16 高达256 LSB ±10 数字 ADXL346 3 ±2/±4/±8/±16 高达256 LSB ±10 数字 带宽 噪声密度 电源电压 电源电流 (kHz) (g√Hz) (V) (A) 1.6 300 1.8至3.6 350 1.6 220 2.0至3.6 40至145 1.6 220 1.7至2.75 40至145 温度范围 (°C) –40至+85 –40至+85 –40至+85 封装 LFCSP LGA LGA www.analog.com/zh/healthcare | 3 使用MEMS麦克风进行高质量音频采集 高性能、低功耗MEMS麦克风技术适用于多种便携式家用医疗保健应用,包括医疗警报护腕、血压监测设备和助听器——任何要求 高声学性能的小型设备。ADI MEMS麦克风集成了MEMS传感器和ASIC,能够提高信号链的集成水平。ADI公司的MEMS麦克风系列产品 包含传统的模拟输出以及多种数字输出格式,例如日益流行的脉冲密度调制(PDM)输出和极为普遍的I2S输出。 与传统的驻极体电容麦克风(ECM)技术相比,MEMS技术提供了更高的可靠性和设计灵活性。随着时间的推移,性能不会下降,并且对 机械噪声的灵敏度也不会降低。在整个温度范围及回流焊后的稳定性使设计人员能够将一个麦克风或多个麦克风放置在几乎任何位 置。MEMS麦克风实现了之前由于尺寸和/或性能的原因未能考虑的音频采集功能。低功耗可延长电池使用时间。 ADMP441:低功耗、数字输出,具有底部收音孔的全向麦克风 ADMP441高性能MEMS麦克风集成了MEMS传感器、信号调理电路、模数转换器(ADC)、抗混叠滤波器、电源管理和工业标准24位I2S 接口。这种集成水平使得设备的音频输出能够直接馈送至任何DSP或者具有I2S端口的微控制器。ADMP441提供了平坦的宽带频率响 应,能够呈现高度清晰的自然声音。内置微粒过滤器可提高该器件的可靠性。ADMP441具有高信噪比(SNR)和高灵敏度,堪称远场应 用的绝佳选择。 ADMP441的特性 • 数字I2S接口,提供高精度24位数据 • 高信噪比(SNR):61 dBA • 高灵敏度:–26 dBFS • 平坦的频率响应:100 Hz至15 kHz • 低功耗:<1.5 mA • 高电源抑制比(PSRR):80 dBFS • 封装:4.72 mm × 3.76 mm × 1.00 mm表面贴装 ADC POWER MANAGEMENT ADMP441 FILTER HARDWARE CONTROL I2S SERIAL PORT SCK SD WSI VDD GND GND GND CHIPEN L/R 高性能MEMS麦克风 产品型号 ADMP401 ADMP404 ADMP405 ADMP421 ADMP441 输出类型 模拟 模拟 模拟 数字(PDM) 数字(I2S) 信噪比,SNR (dB) 62 62 62 61 61 最低等效输入 噪声,EIN (dB) 32 32 32 33 33 频率响应范围 100 Hz至15 KHz 100 Hz至15 KHz 200 Hz至15 KHz 100 Hz至15 KHz 100 Hz to 15 KHz 灵敏度, 1kHz时 –42 dBV –38 dBV –38 dBV –26 dBFS –26 dBFS 封装类型 LGA LGA LGA LGA LGA 封装尺寸 (mm) 4.72 × 3.76 × 1 3.35 × 2.5 × 0.88 3.35 × 2.5 × 0.88 3×4×1 4.72 × 3.76 × 1 4 | 用于高性能便携式医疗保健设备的技术 用于光电检测测量的光电流电压放大器 光电检测器通常用于护理点医疗保健设备,包括测量心率和血氧含量的脉搏血氧仪(SPO2)、血糖测试仪、测量微观颗粒的流动血细 胞计数器和体液分析仪。一个或多个选定波长的LED通常通过对象(例如人体组织或体液)用脉冲驱动,而光电检测器用于测量由此产 生的透射或反射信号,与所需测量成比例。无论在何种情况下,来自光电检测器的光电流都非常小。纳安级电流并不少见。 带有大型值反馈电阻的跨导放大器(TIA)通常用于将光电流转换为电压。由于光电流非常小,其可能会被淹没在噪声之中,因此应当 格外注意系统噪声源和运算放大器的选择。 为TIA配置中的极小光电流的测量选择运算放大器时,请选择: C • 极低的输入偏置电流,可防止运算放大器漏出光电检测器电 流信号 • 低电压和电流噪声,可防止增加额外的噪声 • 低偏移电压,可防止光电检测器中产生暗电流 运算放大器电源电压将取决于需要的动态范围有多大。 PHOTODIODE Rf BAND-PASS FILTER TRANSIMPEDANCE AMPLIFIER ADC DRIVER ADC 典型LED + 光电检测器系统。 用于光电流检测测量的运算放大器 放大器 电压噪声 (nV/√Hz),1 AD8505 45 AD8506 45 AD8508 45 ADA4691 16 ADA4528 5.6 AD8657 60 AD8641 29 AD8625 17 AD8626 17 AD8627 17 AD8665 10 AD8666 10 AD8668 10 AD8605 8 AD8606 8 AD8608 8 ADA4505-1 65 ADA4505-2 65 ADA4505-4 65 电流噪声 (fA/√Hz), 1 kHz时 15 15 15 N/A 0.7 0.1 0.5 0.4 0.4 0.4 N/A N/A N/A 0.01 0.01 0.01 20 20 20 偏移电压 (Vos /mV) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.3 μV 0.35 0.05 0.05 0.05 0.05 0.7 0.7 0.7 0.08 0.08 0.08 0.5 0.5 0.5 输入偏置电 流(pA) 增益 带宽积 (GBWP) 1 95 kHz 1 95 kHz 1 95 kHz 0.5 3.6 MHz 220 4 MHz 1 200 kHz 1 3.5 MHz 1 5 MHz 1 5 MHz 1 5 MHz 1 4 MHz 1 4 MHz 1 4 MHz 1 10 MHz 1 10 MHz 1 10 MHz 0.5 50 kHz 0.5 50 kHz 0.5 50 kHz 电源电压(V) 单电源:1.8至5 双电源:±0.9至±2.5 单电源:1.8至5 双电源:±0.9至±2.5 单电源:1.8至5 双电源:±0.9至±2.5 单电源:2.7至5 双电源:±1.35至±2.5 单电源:2.2至5 双电源:±1.10至±2.75 单电源:2.7至18.0 双电源:±1.35至±9.0 单电源:5至26 双电源:±2.5至±13 单电源:5至26 双电源:±2.5至±13 单电源:5至26 双电源:±2.5至±13 单电源:5至26 双电源:±2.5至±13 单电源:5至16 双电源:±2.5至±8 单电源:5至16 双电源:±2.5至±8 单电源:5至16 双电源:±2.5至±8 单电源:2.7至5.5 单电源:2.7至5.5 单电源:2.7至5.5 单电源:1.8至5 双电源:±0.9至±2.5 单电源:1.8至5 双电源:±0.9至±2.5 单电源:1.8至5 双电源:±0.9至±2.5 电源电流 (每个通道) 16.5 μA 16.5 μA 16.5 μA 180 μA 1.4 mA 18 μA 195 μA 630 μA 630 μA 630 μA 1.1 mA 1.1 mA 1.1 mA 1.0 mA 1.0 mA 1.0 mA 10.0 μA 10.0 μA 10.0 μA 封装 WLCSP MSOP, WLCSP TSSOP, WLCSP LFCSP, WCCSP MSOP MSOP, LFCSP MSOP, SOIC, LFCSP SOIC, TSSOP SOIC, MSOP SOIC, SC70 SOT-23, SOIC SOIC, MSOP TSSOP, SOIC SOT-23, WLCSP MSOP, WLCSP SOIC, TSSOP WLCSP, SOT-23 WLCSP, MSOP WLCSP, TSSOP www.analog.com/zh/healthcare | 5 用于血液凝固和体液分析的高精度阻抗数字转换器 血液凝固是一个复杂的动态生理过程,血液会在受伤的地方凝固并止血。体内的血液凝固通过一些活细胞和其他活性成分进行调 节。凝血级联描述了血液中的成分以及这些成分参与凝结过程的方式。随着级联开始被激活,血液从非凝结状态发展到凝结状态, 引起分子电荷状态和有效电荷流动性的变化。通过监测凝血样本的全局阻抗,测量与凝结相关联的传导性变化。 全集成式单芯片阻抗转换器分析仪 AD5933是一款高精度的阻抗转换器分析仪,片上集成频率发生器与12位、1 MSPS的模数转换器(ADC)。频率发生器在已知的频率上为外 部复数阻抗提供激励电压。响应信号(电流)由片上ADC进行采样,然后由片上DSP进行离散傅里叶变换(DFT)处理。DFT算法在每个输出 频率上返回实部(R)数据字和虚部(I)数据字。可以很容易地算出各扫描频率点的阻抗幅度和相对相位。 MCLK AVDD DVDD OSCILLATOR DDS CORE (27 BITS) DAC SCL SDA I2C INTERFACE TEMPERATURE SENSOR REAL IMAGINARY REGISTER REGISTER 1024-POINT DFT AD5933 ADC (12 BITS) GAIN LPF AGND DGND AD5933框图显示了单芯片小尺寸中包含的高集成度。 R VOUT OUT Z( ) RFB VIN VDD/2 RESONANT FREQUENCY V (Volts) CHANGE IN RESONANCE DUE TO APPROACHING OBJECT f (Hz) fo 由不同频率的扫描样本创建的特殊图形。 阻抗数字转换器 产品 型号 AD5933 AD5934 主fclk (MHz) 16.776 16.776 分辨率 12位(1 MSPS) 12位(250 kSPS) 调频 字宽 27位 27位 I/O接口 串行 串行 阻抗测量 范围 1 kΩ至MΩ 1 kΩ至MΩ 内部温度 传感器(°C) ±2 — 最大总 电源电流 (mA) 15 1 标称电源电压(V) 单(+5) 单(+2.7)、单(+5) 封装 16引脚 SSOP 16引脚 SSOP 6 | 用于高性能便携式医疗保健设备的技术 用于气密性用户界面和穿戴式传感器接触的电容式感应 人机界面还必须支持具有不同智力和体格水平的个人,包括视力、动手能力和听力。该界面还必须具备智能、闭环、故障安全功 能,能够确保所有条件下正确、可靠和安全的设备操作。 电容式感应特别适合于开发完全气密性的设备,这种设备可防止水蒸气和异物的入侵,以便在所有条件下维持合适的功能水平和可 靠性。此外,密封的电容式感应人机界面取代了传统的机械按钮,从而可避免细菌累积和强效清洁液的侵蚀。用电容式感应取代传 统机械按钮的好处还包括,机械按钮不再出现在物料清单中以及在产品制造期间更容易装配产品。 在激活设备或者进行测量之前首先了解设备表面与皮肤之间接触的质量通常是有好处的。设备的范围可能包括需要在皮肤上留下 红点的医疗探针、生物电位电极传感器或装有导管的壳体。为了实现这种额外的性能,在生产过程中的注塑阶段可能会将多个电 容式传感器电极(以绿色显示)直接嵌入到设备的塑料壳体中。有了电极信息后,主机控制器上运行的简单算法可用于确定所有传感 器电极是否能与皮肤进行良好的接触。 选择电容式传感器控制器 电容式传感器控制器的选择标准如下: • 不需要外部RC传感器调谐元件。 • 包含支持精确测量的模拟前端(AFE),用于检测电容式传感 器上的小部分能量。 • 提供片上环境跟踪和校准以弥补环境基线漂移错误。 • 含片上寄生电容偏移调节以及从触摸到响应的低延迟时间。 SENSOR OR PROBE HEAD CIN0 19 CIN1 20 CIN2 21 CIN3 22 CIN4 23 CIN5 24 CIN6 1 CIN7 2 CIN8 3 CIN9 4 CIN10 5 CIN11 6 CIN12 7 SWITCH MATRIX ACSHIELD VCC 8 11 GND 10 BIAS 9 POWER-ON RESET LOGIC EXCITATION SOURCE CALIBRATION RAM AD7147/AD7147A 16-BIT - CDC CALIBRATION ENGINE CONTROL AND DATA REGISTERS BODY WORN SENSOR VDRIVE 12 SERIAL INTERFACE AND CONTROL LOGIC INTERRUPT AND GPIO LOGIC 13 14 15 16 17 SDO/ SDI/ SCLK CS/ INT SDA ADD0 ADD1 18 GPIO 电容数字控制器(CDC) 产品型号 分辨率 (位) AD7148 16 AD7147A 16 AD7147 16 AD7156 12 速率 (ms) 9 9 9 10 通道数 8 13 13 2 电源电压 (V) 多(+3.3模拟, +3.3数字) 单(+3)、单(+3.3) 单(+3)、单(+3.3) 1.8 至 3.6 功耗 3.3 mW = 全功率 71 μW = 低功率 3.3 mW = 全功率 71 μW = 低功率 3.3 mW = 全功率 71 μW = 低功率 0.25 mW = 全功率 0.7 μW = 关断(3.6 V电源) 输入基底C (最大pF) 20 20 20 12.5 CIN范围(pF) ±8 ±8 ±8 0.0 to 4.0 封装 LFCSP LFCSP WLCSP LFCSP www.analog.com/zh/healthcare | 7 低功耗、高性能模拟接口 对于连接到电极、光电二极管或模拟输出传感器的设计而言,ADI公司提供了业界最丰富的产品组合,包括低功耗、高性能运算放大 器、模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)。对于需要更高集成度的设计而言,ADI提供了各种专用标准产品(ASSP)和ASIC解决方案。欲 了解更多信息,请与您的ADI销售代表联系。 低功耗、精密放大器 高性能放大器提供了设备与外部传感器(电极、光电二极管、化学测定)之间的关键模拟接口。在便携式电池供电应用中,这些放大器 必须支持较低的功耗预算和小尺寸,同时又能达到高功耗、临床级设备的性能。 放大器的类型以及规格要求根据所使用的传感器和终端设备而有所不同。下面是一些指导原则: • 包括心率监护仪在内的ECG和EEG应用:具有高共模抑制比的仪表放大器;用于设备中采用的增益和滤波器级的高性能运算放 大器。 • 包括血糖仪在内的光电二极管应用(电流测量和光度测量):作为缓冲器的传统运算放大器;低噪声、低输入偏置电流和低偏移电 压放大器。 • 血压应用:用于桥式传感器应用的低功耗、高精度仪表放大器。 仪表放大器 产品 型号 描述 AD8220 AD8223 AD8226 AD8235 AD8236 AD627 R-R JFET 单电源R-R 宽电源R-R 小尺寸,低功耗 超低功耗,RRIO 微功耗 电源 单/双 单/双 单/双 单 单 单/双 VCC至VEE (V) 电源 电流 4.6至36 3至25 2.2至36 1.8至5.5 1.8至5.5 2.2至36 750 μA 0.6 mA 350 μA 40 μA 40 μA 0.06 mA 增益 设置 方法 电阻 引脚 电阻 电阻 电阻 电阻 G = 10时 典型带宽 (kHz) 最小 增益 最大 增益 60 Hz、最小 60 Hz、最大 增益时的 增益时的 CMRR最小值 CMRR最小值 (dB) (dB) 800 1 1000 78 94 200 5 1000 70 105 160 1 1000 80 105 8.8 5 200 60 60 8.8 5 200 60 60 30 5 1000 77 77 VNOISE RTI 1 Hz至10 Hz (V p-p) 0.8 2 2 5 5 1.2 运算放大器 产品型号 工艺 放大器 数量 电源 电压 最小值/ 最大值 (V) 每个 放大器 IS最大 值(mA) 轨 到 轨 AD8500 CMOS 1 1.8/5.5 0.001 RRIO AD8502 AD8504 CMOS 2 4 1.8/5.5 0.001 RRIO ADA4505-1 1 ADA4505-2 CMOS 2 1.8/5.5 0.010 RRIO ADA4505-4 4 ACL 最小值 时带宽 (MHz) 压摆 率 (V/s) VOS最 大值 (mV) TcVOS 典型 值 (V/ºC) CMRR PSRR AVO 最小 最小 最小 值 值值 (dB) (dB) (dB) 1 kHz时 的噪声 (nV√Hz) IB 最大 值 (pA) 0.007 0.004 1 3 75 90 98 190 10 0.007 0.004 3 5 67 85 98 190 10 0.050 0.006 3 2 90 100 105 65 2 封装 SC70 SOT-23 TSSOP WLCSP/SOT-23 WLCSP/MSOP WLCSP/TSSOP AD8505 1 AD8506 CMOS 2 1.8/5.5 0.020 RRIO 0.095 0.013 2.5 2 AD8508 4 WLCSP/SOT-23 90 100 105 45 10 WLCSP/MSOP WLCSP/TSSOP AD8603 1 SOT-23 AD8607 CMOS 2 1.8/6 0.040 RRIO 0.4 0.1 0.3 1 85 80 112 25 1 MSOP/SOIC AD8609 4 SOIC/TSSOP AD8613 1 SC70/SOT-23 AD8617 CMOS 2 1.8/5.5 0.040 RRIO 0.4 0.1 2.2 1 68 67 107 25 1 MSOP/SOIC AD8619 4 SOIC/TSSOP AD8541 1 SC70/SOT-23/SOIC AD8542 CMOS 2 2.7/6 0.045 RRIO 1 0.92 6 4 40 65 86 40 60 MSOP/SOIC/TSSOP AD8544 4 SOIC/TSSOP AD8538 AD8539 CMOS 2 4 2.7/5.5 0.180 RRIO 0.43 0.35 0.013 0.03 115 105 115 50 25 SOT-23/SOIC MSOP/SOIC ADA4092-4 双极 性 4 ±1.35/ ±18 0.250 RRIO 1.4 0.4 1.5 2.5 90 98 116 30 60 TSSOP AD8641 AD8642 AD8643 JFET 1 2 4 ±2.5/ ±13 0.290 SS 3.5 3 0.75 2.5 90 90 106 27.5 1 SC70/SOIC MSOP/SOIC SOIC/LFCSP 8 | 用于高性能便携式医疗保健设备的技术 低功耗、高性能模拟接口(续) 除了表格中列出的一些放大器之外,设计人员还可以按参数选择运算放大器、查找有关放大器实验室电路(Circuits from the Lab™)设 计问题的系统级专家建议,以及下载设计工具、选型指南、计算器和SPICE模型,网址如下:www.analog.com/zh/amplifiers。 数据转换器 作为世界领先的数据转换器提供商,ADI公司提供从8位到24位的数模及模数转换器。ADI转换器可提供无与伦比的性能和价值,并提 供工程师所需的设计工具和技术文档支持,以加快产品上市。无论数据转换面临高速还是精密方面的挑战,工程师都能找到适合以 下各项规格的ADC或DAC产品:精度、分辨率、采样速率、带宽、功耗、尺寸和价格。 低电压精密数模转换器(DAC) 产品型号 AD5320 AD5621 AD5622 AD5620 AD5640 AD5660 AD5322 AD5623R AD5627R AD5643R AD5663R AD5324 AD5624R AD5625R AD5644R AD5664R 通道数 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4 位 片内基准电压源(V) 接口 12 否 SPI 12 否 SPI 12 否 I2C 12 1.25/2.5 SPI 14 1.25/2.5 SPI 16 1.25/2.5 SPI 12 否 SPI 12 1.25/2.5 SPI 12 1.25/2.5 I2C 14 1.25/2.5 SPI 16 1.25/2.5 SPI 12 否 SPI 12 1.25/2.5 SPI 12 1.25/2.5 I2C 14 1.25/2.5 SPI 16 1.25/2.5 SPI 封装 SOT-23, MSOP SC70 SC70 SOT-23, MSOP SOT-23, MSOP SOT-23, MSOP MSOP LFCSP, MSOP LFCSP, MSOP MSOP LFCSP, MSOP LFCSP, MSOP LFCSP, MSOP LFCSP, TSSOP LFCSP, MSOP LFCSP, MSOP 模数转换器(ADC) 产品 型号 AD7298 AD7476A AD7476 分辨率 (位) 12 12 12 通道数 INL (典型值) THD (dB) 8 ±0.5 –82 @ LSB 50 kHz 1 ±0.75 –80 @ LSB 100 kHz 1 ±0.6 –80 @ LSB 100 kHz AD7942 14 AD7171 16 AD7980 16 1 ±0.4 –100 @ LSB 20 kHz 1 ±0.4 LSB N/A 1 ±0.6 –110 @ LSB 10 kHz AD7685 16 1 ±0.6 –110 @ LSB 20 kHz AD7682/ AD7689 16 4/8 ±0.4 –100 @ LSB 20 kHz AD7986 18 1 ±0.6 –115 @ LSB 20 kHz AD7767 24 1 ±3 ppm –115 @ 1 kHz 吞吐量 1 MSPS 1 MSPS 1 MSPS 250 kSPS 125 Hz 1 MSPS 250 kSPS 250 kSPS 2 MSPS (TURBO = 高电平), 1.5 MSPS (TURBO = 低电平) 32 kSPS 64 kSPS 128 kSPS 电源电压 (V) 模拟:2.8至3.6 数字:1.65至3.6 模拟:2.35至5.25 数字:2.35至5.25 模拟:2.35至5.25 数字:2.35至5.25 模拟:2.3至5.5 数字:1.8至5.0 2.7至5.25 功耗 17.4 mW 3.6 mW 3.6 mW 1.25 mW @ 2.5 V/100 kSPS 3.6 mW @ 5 V/100 kSPS 1.25 μW @ 2.5 V/100 SPS 0.33 mW 封装 LFCSP (QFN) SC70, MSOP SOT-23 MSOP, QFN (LFCSP) LFCSP 模拟:2.5至5.0 数字:1.8至5.0 模拟:2.3至5.5 数字:1.8至5.0 模拟:2.3至5.5 数字:1.8至5.5 模拟:2.3至2.6 数字:1.8至2.7 模拟:2.3至2.6 数字:1.8至3.6 7.0 mW @ 1 MSPS 70 μW @ 10 kSPS MSOP, QFN (LFCSP) 1.4 μW @ 2.5 V/100 SPS 1.35 mW @ 2.5 V/100 kSPS 4 mW @ 5 V/100 kSPS MSOP, QFN (LFCSP) 3.5 mW @ 2.5 V/200 kSPS 12.5 mW @ 5 V/250 kSPS LFCSP 15 mW @ 2 MSPS, with external reference 26 mW @ 2 MSPS, with internal reference QFN (LFCSP) 8.5 mW @ 32 kSPS (AD7767-2) 10.5 mW @ 64 kSPS (AD7767-1) 15 mW @ 128 kSPS (AD7767) TSSOP www.analog.com/zh/healthcare | 9 低功耗、高性能模拟接口(续) 数据转换知识资源 ADI公司的“数据转换知识资源”网站是个结构清晰的知识库,包括转换级设计主要方面的深度技术材料。单击“数据转换知识资 源”主页图中的各个模块,可提供与特定主题相关的设计和应用工程内容。 凭借ADI公司45年来在数据转换领域的创新,为您创造价值。欲了解设计相关手册、应用笔记、教程、在线研讨会、工具以及更多内 容,请访问“数据转换知识资源”网站:www.analog.com/zh/theKnowledgeResource。 基准电压源 ADI公司的精密微功耗基准电压源产品提供了业界领先的规格,而且价格实惠。这些部件具有≤±0.1%的初始精度、低工作电流和低 输出噪声,并且采用了小型封装,非常适合电池供电的便携式设备使用。 精密基准电压源 产品型号 ADR3425 AD1580 ADR5043 输出电压 (V) 2.5 1.225 3 初始精度 (%) 0.1 0.08, 0.8 0.1, 0.2 工作电流 最大100 μA 50 μA至10 mA 50 μA至15 mA 温度系数 (ppm/ºC) 8 50, 100 75, 100 0.1 Hz至10 Hz噪声 (V峰峰值) 18 5 25.8 封装 SOT-23 SC70/SOT-23 SC70/SOT-23 小型高精度温度感应 ADI公司的高性能数字温度传感器可测量的温度范围为–20°C至+105°C之间以及–40°C至+125°C,精度分别为±0.25°C和±0.5°C。这些 设备可提供突破性的精度和高集成度,为设计人员提供了这些设备所需的热敏电阻和外设器件的替代方案。不需要额外的信号处 理、表征或校准。温度测量稳定可靠,典型漂移规格为±0.0072°C,重复精度为±0.015°C 数字温度传感器 产品型号 ADT7310 ADT7320 ADT7410 ADT7420 温度分辨率 (°C/LSB) 0.0078°C 0.0078°C 0.0078°C 0.0078°C 25°C温度误差 (°C) 0.5 0.0017 0.5 0.2 分辨率 (位) 16 16 16 16 串行接口 SPI SPI I2C I2C 温度范围 (°C) –55至+150 –40至+150 –55至+150 –40至+150 电源电压范围 (V) +2.7 to +5.5 +2.7 to +5.5 +2.7 to +5.5 +2.7 to +5.5 封装 SOIC LFCSP SOIC LFCSP 10 | 用于高性能便携式医疗保健设备的技术 低功耗、低成本精密模拟微控制器和数字信号处理器 ADI公司拥有丰富的数字信号处理器(DSP)和模拟微控制器系列产品,用于满足便携式家用医疗保健设备设计要求。 精密模拟微控制器:集成ISM频段收发 器的ARM Cortex-M3 对于那些需要高集成度的便携式家用医疗 保健设计而言,ADuCRF101片上系统(SoC)集 成了高性能转换器技术、ARM Cortex-M3处 理器、片内存储器以及RF收发器的附加功 能,以用于单芯片上的无线通信。它提供 较低的工作功率(190 μA/MHz),并能将功率 降至1.6 μA以下并保留状态,使其成为电源 和电池供电医疗设备的理想之选,包括输 液泵和生命体征监护仪。 ADuCRF101特性 ADC0 ADC5 VREF RESET LFXTAL1 LFXTAL2 AVDD LVDD IOVDD MUX 14-BIT SARADC 500kSPS TEMP SENSOR BAND GAP REFERENCE POR OSC ADuCRF101 UHF TRANSCEIVER PACKET HANDLER AND WAKE UP CONTROL LOW POWER RADIO ARM CORTEX M3-BASED MCU WITH ADDITIONAL PERIPHERALS 2 × GENERAL PURPOSE TIMERS WAKE-UP TIMER INTERRUPT CONTROLLER SERIAL WIRE SPI WATCHDOG TIMER 16K BYTES SRAM (4k × 32 BITS) I2C UART 2 KBYTES 128 KBYTES FLASH/EE (32k × 32 BITS) PWM GPIOS XOSC26N XOSC26P RFIO_1P RFIO_1N RFO2 GPIOS • 高性能ISM频段RF收发器 • ARM Cortex-M3 32位RISC MCU,128 kB Flash/ EE存储器,16 kB RAM • 3.6 V电池直接供电 • 6通道、14位、500 kSPS SAR型ADC • 9 mm x 9 mm、64引脚LFCSP封装 ADuCRF101功能框图。 ADC0 ADC15 MUX 具有12位ARM7TDMI MCU的精密模拟微 控制器 ADI公司的精密模拟微控制器实现了精密 模拟功能,如高分辨率ADC和DAC、基准 电压源、温度传感器和一系列其它外设 等,与工业标准微控制器和闪存的完美结 合。ADuC712x ARM7TDMI®系列集成了12位 ADC、12位DAC、闪存、SRAM和一系列数字 外设,适合医疗应用。 CMP0 CMP1 CMPOUT VREF XCLKI XCLKO RST OSC AND PLL PSM POR 1MSPS 12-BIT ADC TEMP SENSOR BAND GAP REF ADuC7124/ADuC7126 VECTORED INTERRUPT CONTROLLER 12-BIT DAC 12-BIT DAC 12-BIT DAC 12-BIT DAC ARM7TDMI-BASED MCU WITH ADDITIONAL PERIPHERALS PLA 8k × 32 SRAM 63k × 16 FLASH/EEPROM GPIO 4 GENERALPURPOSE TIMERS SPI, 2 × I2C, 2 × UART JTAG PWM EXTERNAL MEMORY INTERFACE DAC0 DAC1 DAC2 DAC3 精密模拟微控制器 产品型号 ADuC7021 ADuC7022 ADuC7024 ADuC7025 ADuC7026 ADuC7027 ADuC7028 ADuC7124 MCU内核 ARM7TDMI ARM7TDMI ARM7TDMI ARM7TDMI ARM7TDMI ARM7TDMI ARM7TDMI ARM7TDMI MCU速度 (MIPS) 40 40 40 40 40 40 40 40 ADuCRF101 Cortex-M3 20 ADuC7124功能框图。 闪存 (kB) 62 62 62 62 62 62 62 128 128 SRAM (kB) 8 8 8 8 8 8 8 32 16 GPIO 引脚 13 13 30 30 40 40 40 40 28 分辨率 (位) 12 12 12 12 12 12 12 12 14 ADC速度 (kSPS) 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 500 ADC通道 其它 8 — 10 — 10 PWM 12 PWM 12 PWM 16 PWM 8 — 16 PWM 6 PWM、无线电、 DMA 12位DAC 输出 2 — 2 — 4 — 4 4 — 数字信号处理器 ADSP-BF52x和ADSP-BF592 Blackfin®处理器可为家用医疗系统提供快速准确的结果所需的计算能力,这些医疗系统包括可穿戴式监护设 备和便携式诊断系统。除了为实时分析提供信号处理之外,Blackfin处理器还可控制用户界面(LCD、按钮、触摸屏)。有几种连接选项 (有线/无线网络、USB)可实现从设备到病人和医生的数据传输。 www.analog.com/zh/healthcare | 11 可靠的数据传输无线通信 为了最大限度提高病人的舒适性和活动能力,无线连接正变得逐渐流行起来。蓝牙和Zigbee等开放标准为那些具有多频带要求(包括 2.4 GHz频带)的应用提供了低成本的选项。对于近身或穿戴式传感器而言,低于1 GHz的ISM频带作为一种替代方案,能提供极高的设 计灵活性,包括在范围与功耗之间进行取舍、优化数据安全以及最大限度降低软件和存储器开销。为满足利用ISM频带的应用,ADI 提供了独立的收发器,以及全集成式片上系统(SoC)解决方案。 低功耗ISM频带收发器 ADF7023是一种低功耗、高性能、高集成度的2FSK/GFSK/OOK/MSK/GMSK收发器,适合的工作频带为862 MHz到928 MHz以及431 MHz到464 MHz,覆盖了433 MHz、868 MHz和915 MHz的全球免授权ISM频带。它适合欧洲ETSI EN 300-220、北美FCC (Part 15)、中国短程无线监管标 准或其它类似地区标准下的电路应用。支持1 kbps至300 kbps的数据速率。 ADF7023特性 • 频段 • 862 MHz至928 MHz • 431 MHz至464 MHz • 支持的数据速率:1 kbps至300 kbps • 1.8 V至3.6 V电源供电 • 单端和差分PA • 中频带宽可编程的低中频接收机: 100 kHz、150 kHz、200 kHz、300 kHz RFIO_1P RFIO_1N RFO2 LDO1 LDO2 LDO3 LDO4 ADCIN_ATB3 LNA PA RSSI/ LOGAMP MUX 8-BIT ADC FSK ASK DEMOD CDR AFC AGC 8-BIT RISC PROCESSOR PA DIVIDER PA RAMP PROFILE ADF7023 LOOP CHARGE FILTER PUMP DIVIDER PFD 26MHz OSC MODULATOR fDEV GAUSSIAN FILTER 4kB ROM MAC 2kB RAM 256 BYTE PACKET RAM 64 BYTE BBRAM 256 BYTE MCR RAM WAKE-UP TIMCOENRTURNOITL IRQ CTRL SPI GPIO TEST DAC IRQ_GP3 CS MISO SCLK MOSI GPIO1 CLOCK DIVIDER BIAS ANALOG TEMP BATTERY 32kHz 32kHz TEST SENSOR MONITOR OSC RCOSC 26MHz OSC CREGRFx CREGVCO CREGSYNTH CREGDIGx RBIAS 1GPIO REFERS TO PINS 17, 18, 19, 20, 25, AND 27. XOSC32KN_ATB2 XOSC32KP_GP5_ATB1 XOSC26N XOSC26P ADF7023功能框图。 具有微控制器片上系统(SoC)的ISM频带收发器 ADuCRF101是一种全集成式SoC解决方案,包括高能效的431 MHz至464 MHz和862 MHz至928 MHz内部UHF收发器、低功耗ARM Cortex-M3 内核与Flash/EE存储器。该收发器在接收模式下仅消耗12.8 mA,同时保持典型的灵敏度:38.4 kbps时–107.5 dB (2FSK)。发射模式同样 节能,根据用户编程的RF功率水平不同,电源电流最低可达9 mA。该设备由3.6 V电池直接供电,并利用自主包处理器最大限度减小 无线通信期间的系统电流消耗。 RF收发器 产品型号 ADF7023 ADF7242 ADuCRF101 频率范围 (MHz) 调制模式 最大 相位本底噪 数据速率 声(dBc/Hz) 431至464、 GFSK/FSK/MSK, 862至928 GMSK, OOK 300 kbps 196 2400至 2483.5 DSSS-OQPSK, FSK/GFSK 2 Mbps 145 431至464、 GFSK/FSK/MSK, 862至928 GMSK, OOK 300 kbps 196 0 dBm Tx 电流(mA) Rx电流 (mA) Rx灵敏度 (dBm) 最小 正电压 (V) 最大 正电压 (V) 13 12.8 116 1.8 3.6 19.6 19 — 1.8 3.6 13 12.8 116 1.8 3.6 输出 功率 (dBm) –16至 +13.5 –20至 +4.8 –16至 +13.5 封装 32引脚 LFCSP封装 32引脚 LFCSP封装 32引脚 LFCSP封装 12 | 用于高性能便携式医疗保健设备的技术 iCoupler数字隔离器技术用于安全防护危险线路电压 便携式护理点医疗设备使用PC USB端口上传数据,并且在某些情况下还对锂离子电池进行充电。由于PC同时也连接至主交流电源, 通过在连接到USB端口时禁用设备或者在USB端口与用户之间加入电气隔离来提供一些额外的安全预防措施通常并不少见。 ADuM4160:全速/低速5 kV rms USB数字隔离器 ADuM4160提供了5 kV rms的隔离方案,作为光耦合器的替代方案,非常适合各种医疗应用(IEC 60601-1医疗安全认证)。ADuM4160可提 供病人与设备的电气隔离,保护病人不受有害电涌或尖峰的影 响。此外,通过隔离,除颤期间也无需断开连接。 ADuM4160特性 • 增强隔离性能,适合医疗应用,符合IEC 60601-1标准 • 5 kV rms额定隔离值(1分钟),符合UL 1577标准 PERIPHERAL VDD2 3.3V USB HOST VBUS1 DD+ DD– GND1 VBUS2 DD+ ADuM4160 DD– PIN MICROCONTROLLER POWER SUPPLY • 3类接触式ESD性能,符合ANSI/ESD STM5.1-2007标准 • 高共模瞬变抗扰度(>25 kV/μs) • USB D+/D−数据线直接隔离,支持USB低速和全速数据速率 ADuM4160设计用来集成到一个USB端口面对上游的USB外设之中。 ADuM6000:支持USB隔离应用的隔离电源 在USB应用中,隔离栅的任一侧都需要隔离电源。每侧可提供自用电源。例如,病人监护仪通过电源插头插入墙上插座而获得电 源,笔记本电脑由自带电池供电。另一种方法是系统使用隔离的DC-DC转换器。设计人员可以使用ADuM6000,通过隔离电源或者其 它电源来供电。 ADuM6000特性 • 集成isoPower®的隔离式DC-DC转换器 • 5 V或3.3 V调节输出 • 最高400 mW输出功率 • 16引脚SOIC封装,爬电距离大于7.6 mm • 工作温度最高可达:105°C(最大值) • 高共模瞬变抗扰度:>25 kV/μs VDD1 1 GND1 2 NC 3 RCIN 4 RCOUT 5 RCSEL 6 VDD1 7 GND1 8 OSCILLATOR RECTIFIER REGULATOR 16 VISO 15 GNDISO 14 NC 13 VSEL 12 NC 11 NC ADuM6000 10 VISO 9 GNDISO ADuM6000功能框图。 www.analog.com/zh/healthcare | 13 用于电池供电设备的高效电源管理系统 用于护理点医疗保健设备中的标准纽扣式锂电池提供范围在2.0 V至3.0 V之间的典型输出电压。一些高性能便携式系统也由输出电压 为3.0 V至4.2 V的锂离子充电电池供电。与电源相关的电池供电系统面临的两大设计挑战是电池使用时间和电池输出电压。 电池使用时间可通过以下方式得到扩展:选择具有超低静态电流和关断电流的元件,将主要功耗设备(例如主机处理器)尽可能保持 在睡眠状态。电池输出电平必须符合系统中的所有IC工作电压,通常包括基于不同工艺开发的元件组合,因此顺从电压也不同。 用于高性能便携式设备的IC运行于广泛的电压轨上。即使所有IC都能采用电池供电,仍然需要某种形式的调节(例如升压稳压器、降 压稳压器或两者皆用),才能保持最高的系统效率和最长的电池使用时间。 线性调节器 产品型号 ADP121 ADP122 ADP125 ADP150 ADP170 ADP220 描述 CMOS,低静态电流 CMOS,低静态电流 CMOS,0.8至5 V CMOS,超低噪声 CMOS,低压差 双路、低噪声、高PSRR VOUT (V) 9种选择:1.2至3.3 7种选择:2.5至3.3 不适用 7种选择:1.8至3.3 5种选择:1.2至2.8 7种选择:1.2至2.8 IOUT最大值 (mA) 150 300 500 150 300 200 VIN范围VMIN 至VMAX 2.5至5.5 2.3至5.5 2.3至5.5 2.2至5.5 1.6至3.6 2.5至5.5 电源电流 (A) 40 45 45 10 260 220 VDROPOUT (额定IOUT,mV) 90至120 85 130 105 66 150 封装 WLCSP, TSOT LFCSP LFCSP WLCSP, TSOT TSOT WLCSP 开关DC-DC调节器 产品型号 描述 ADP1612 升压 ADP2108 ADP2138 ADP2139 ADP2504 同步降压 同步降压 含负载放电开关的同 步降压 同步降压-升压 VIN范围(V) VOUT选项(V) IOUT最大值 ISW峰值 (A) (A) 1.8至5.5 VIN至20,可调节 — 1.4 2.3至5.5 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.82, 1.8, 2.3, 2.5, 3.0, 3.3 0.6 1.3 2.3至5.5 8种选择:0.8至3.3 0.8 1.5 电源电流 (A) 1350 30 30 开关频率 650 kHz, 1.3 MHz 3 MHz 3 MHz 2.3至5.5 8种选择:0.8至3.3 0.8 1.5 30 3 MHz 2.3至5.5 2.8, 3.3, 3.5, 4.2, 4.5, 5.0 1 1.3 50 2.5 MHz 封装 MSOP WLCSP WLCSP WLCSP LFCSP 多路输出调节器 产品型号 ADP2140 ADP5020 ADP5022 ADP5025 ADP5030 产品描述 VIN范围(V) 集成300 mA LDO稳压器的 低静态电流降压转换器 通用PMU 具有150 mA LDO的双通道 降压稳压器 2.3至5.5(LDO:1.7至 5.5) 2.4至5.5 2.4至5.5 用于数码相机的系统PMU 2.4至5.5 带有负载开关的双 LDO(VOUT = 1.2 V、2.8 V) 2.4至5.5 输出数 2 3 3 9 3 开关频率 (MHz) 3 3 3 2.5 — 降压 (mA) 600 300, 600 LDO (mA) 主要特性 300 自动序列; 电源良好 150 I2C,可编程输出 封装 LFCSP LFCSP 150, 500 150 — WLCSP 700, 900 50 — 200, 200 I2C、RTC、 后电池充电器 负载开关和 电平转换器 WLCSP WLCSP 14 | 用于高性能便携式医疗保健设备的技术 用于电池供电设备的高效电源管理系统(续) 显示背光控制器 ADI背光驱动器(控制器)适用于显示背光、键盘控制和状态指示器。它们可通过减少处理器交互和降低环境光检测(ALS)的复杂度来延 长电池使用时间。这些智能状态机产品通过减少处理器交互来延长电池使用时间,并通过降低软件复杂度来加快上市时间。用户界 面还通过片上内置控制器得到了加强,可根据环境条件自动调节灯光。 背光控制器 产品 型号 描述 LED 数量 ADP5501 带有ALS、RGB的WLED驱动器 6 ADP5520 带有ALS、RGB、KBRD的WLED 驱动器 6 ADP8860 带有ALS的WLED驱动器 7 ADP8861 WLED驱动器 7 ADP8863 趣味灯饰LED驱动器 7 ADP8870 带有ALS和CABC的WLED驱动器 7 LED配置 拓扑结构 串行 感性 串行 感性 并行 并行 并行 并行 容性 容性 容性 容性 应用 背光 背光 背光 背光 背光 背光 I2C支持 是 最大 IOUT(mA) 亮度控制 30 I2C 峰值效率 (%) — 开关频率 (MHz) 1 是 30 I2C — 1 是 60 I2C 89 1 是 60 PWM 89 1.32 是 60 I2C 89 1.32 是 60 I2C 89 1.2 欲了解更多信息 请访问我们的医疗保健应用网站 有关附加的医疗保健设备设计资源和工具,包括信号链、推荐产品、应用笔记、在线研讨会、技术文章以及更多内容,请访问 www.analog.com/zh/healthcare。 订阅我们的医疗保健在线快讯 专为医疗保健设计工程师提供的医疗保健在线快讯将使您能够了解到ADI公司最新的产品和工具。 您可以立即通过以下网址订阅:www.analog.com/zh/subscribe。 www.analog.com/zh/healthcare | 15 બᛆ˾ଣਠ E-mail : adi@excelpoint.com.cn 香港 (852) 2503-2212 成都 (86) 28 8652-7611 青島 (86) 532 8502-6539 福州 (86) 591 8335-7003 瀋陽 (86) 138-9886-2956 深圳 (86) 755 8364-0166 广州 (86) 20 2838-3068 武漢 (86) 27 8769-0883 重慶 (86) 136-2830-7074 上海 (86) 21 2220-3188 南京 (86) 25 8689-3130 厦门 (86) 592 312-2566 哈爾濱 (86) 139-0481-6358 北京 (86) 10 6580-2113 宁波 (86) 574 8386-5759 西安 (86) 29 8765-1058 济南 (86) 155-6258-8955

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