难点攻克：全球最小尺寸医疗内窥镜的辐射解决方案分析

本期主要介绍从美国硅谷引进的MEMS Oscillator，它体积小，频率覆盖范围广，展频宽度调整范围大，非常适用于体积越来越小，像素越来越高的医疗内窥镜产品，目前西门子、通用电气、iPhone 8都已经在批量使用。

内窥镜是一种常用的医疗器械.由可弯曲部分、光源及一组镜头组成。经人体的天然孔道，或者是经手术做的小切口进入人体内。使用时将内窥镜导入预检查的器官，可直接窥视有关部位的变化，图像质量的好坏直接影响着内窥镜的使用效果，因此内窥镜都采用高清摄像头。

内窥镜电子部分架构图

主要包括四个部分：

1、前端图像采集，通过sensor图像传感器接受到体腔内粘膜面发射来的光，将此采集的光信号转换成电信号。

2、传输部分：将图像采集信号以MIPI的形式通过电缆传输给图像处理芯片DSP处理。

3、图像处理：对由图像传感器来的数字图像信号进行优化处理，并把处理后的信号通过HDMI、AV等视频输出信号输出给显示设备显示。

4、图像显示：显示由SENSOR图像传感器采集来的人体内部状况，便于医护人员判断病情或实施手术。

辐射设计整改难点

数据分析：

1、时钟信号倍频谐波引起的辐射超标，本方案采用SONY Sensor，MCLK频率37.125MHZ，MIPI时钟148MHZ，测试中窄带超标频点主要是由两个时钟频点的倍频引起。

2、在200MHZ到500MHZ之间的宽带包络，主要是Sensor与DSP之间的传输电缆引起的共模噪声。

整改措施

1、时钟倍频的超标处理

（1）处理措施：在时钟源头晶振上增加展频或在上行时钟MCLK上增加展频方案，如下图：

说明：

①  如果SENSOR的时钟是由DSP提供，可以在DSP的时钟源头晶振上增加展频，增加后所有通过晶振倍频分频后的时钟都可以得到相同的展频效果，具体如下： 

②  在上行时钟MCLK上靠近DSP串联展频IC，增加展频后MCLK和MIPI时钟都能得到相应的展频，具体如下：

③上行时钟MCLK由有源晶振提供，可以直接替换成带展频晶振。

（2）增加展频后测试效果对比图

测试结果说明：

摄像头时钟的高次谐波得到了很好的抑制，降幅在15dB以上。 

2、Sensor与DSP之间的传输电缆引起的共模噪声。

处理措施：采用屏蔽效果好的同轴线缆替代原有的普通不屏蔽线缆。

3、整改后测试数据

总结

医疗内窥镜在临床上的应用越来越普及，它正在向着小型化、多功能、高像素发展，鉴于结构的特殊性，因此内窥镜辐射测试中，时钟超标问题越来越突出，如何在有限空间内处理好时钟问题就成为了关键，而带展频晶振的出现就恰好满足了它的需求，它具有以下优点：

1、和有源晶体的封装和管脚定义一致，节省PCB空间，替换方便；

2、从源头解决时钟问题，EMI抑制效果好；

3、有源晶振可以直接放置在摄像头模组，避免MCLK的频点通过排线放大形成的辐射发射噪声，同时又能对下行时钟（PCLK）进行展频，对于摄像头的时钟引起的辐射发射超标有很好的抑制作用。

4、目前有成功应用的成熟产品的封装有0806（L0.8mm×0.6mm）、1508、2016、2520、3225等 。

以上是我们多年来对医疗内窥镜实战经验的总结，我们坚信大道至简，解决问题才是硬道理，欢迎大家对我们提出宝贵意见及咨询相关产品资料。