CN219459152U - 一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离电路及其系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离电路及其系统，该电路包括两个多路磁隔离电路、模数转换电路、数模转换电路、IC磁隔离电路以及PWM光源驱动电路，模数转换电路用于将电子内窥镜输出的模拟图像信号进行模数转换成多路数字图像信号，第一多路磁隔离电路用于对多路数字图像信号进行电气隔离，并输出隔离后的数字图像信号至图像处理电路；第二多路磁隔离电路用于将图像处理电路输出的图像控制信号进行电气隔离，数模转换电路用于将电气隔离后的图像控制信号转换成模拟CLK信号。本实用新型可以将电子内窥镜上的图像信号和光源驱动信号与图像处理器进行电气隔离，在达到预期隔离效果的同时，不损失图像质量和光源亮度。

Description

一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离电路及其系统

技术领域

本实用新型涉及电子内窥镜技术领域，具体涉及一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离电路以及应用该电路的系统。

背景技术

医疗电气设备有基本安全要求，电子内窥镜也不例外。电子内窥镜的摄像头和光源位于内窥镜的头端部，使用时会进入人体直接与人体接触，所以为保障患者安全，电子内窥镜需要与图像处理器进行电气隔离。

电子内窥镜上需要电气隔离的信号有图像信号和光源驱动信号。图像信号是高速模拟信号，传统的光电隔离方式难以达到较高的信号带宽，且会带来模拟信号的失真。光源驱动信号具有较大的能量，传统的光电隔离方式难以满足驱动电流的要求。

对于图像信号隔离，电子内窥镜采用CMOS微型摄像头采集图像，电子内窥镜采集得到的图像数据是RAW格式的原始图像数据，通过电平编码的方式，采用模拟量(DATA)的形式传输到下一级处理电路。图像处理电路也需要为电子内窥镜提供工作时钟(CLK)。如果直接对模拟量进行隔离，目前的光电隔离器件带宽较低，高速的信号无法通过光电隔离器件，而且模拟量对信号失真非常敏感，由于隔离带来的信号失真，会直接影响图像质量。

对于光源驱动信号隔离，电子内窥镜上内置有LED光源，需要图像处理器为LED提供能量，所以这里的光源驱动信号有一定的功率，而且是PWM信号。传统的光电隔离器件传输功率不高，而且没有足够带宽传输PWM信号。

实用新型内容

本实用新型提供的一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离电路及其系统，主要用于解决现有技术中图像信号和光源驱动信号隔离存在的各种问题，可以将电子内窥镜上的图像信号和光源驱动信号与图像处理器(主机部分)进行电气隔离，在达到预期隔离效果的同时，不损失图像质量和光源亮度。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离电路，连接在所述电子内窥镜与图像处理电路之间，以实现信号传输过程中的电气隔离，所述电气隔离电路包括：第一多路磁隔离电路、第二多路磁隔离电路、模数转换电路以及数模转换电路；所述模数转换电路与所述图像处理电路连接，用于将所述电子内窥镜输出的模拟图像信号进行模数转换成多路数字图像信号，所述第一多路磁隔离电路与所述模数转换电路连接，用于对多路所述数字图像信号进行电气隔离，并输出隔离后的数字图像信号至所述图像处理电路；所述第二多路磁隔离电路与所述图像处理电路连接，用于将所述图像处理电路输出的图像控制信号进行电气隔离，所述数模转换电路与所述第二多路磁隔离电路连接，用于将电气隔离后的图像控制信号转换成电子内窥镜能识别的模拟CLK信号；其中，在电子内窥镜与图像处理电路之间还连接有IC磁隔离电路以及PWM光源驱动电路。

进一步的方案是，在所述IC磁隔离电路与所述图像处理电路之间连接有一IC模数转换电路，用于将所述图像处理电路输出的光源驱动信号转换成IC数字信号，所述IC磁隔离电路用于对所述IC数字信号进行电气隔离，并输出电气隔离后的IC数字信号至所述PWM光源驱动电路，以控制所述PWM光源驱动电路输出PWM信号，传输至所述电子内窥镜上为LED提供驱动。

更进一步的方案是，所述IC磁隔离电路包括热插拔数字隔离器，用于提供两个双向通道，并支持完全隔离的IC接口。

更进一步的方案是，所述第一多路磁隔离电路包括多通道数字隔离器，用于提供多个独立式数据通道，以实现多通道的电气隔离。

更进一步的方案是，所述第二多路磁隔离电路包括多通道数字隔离器，用于提供多个独立式数据通道，以实现多通道的电气隔离。

更进一步的方案是，所述电气隔离电路还包括安规电容，所述安规电容一端连接在所述电子内窥镜的接地端，另一端连接在所述图像处理电路的接地端，用于隔离所述电子内窥镜与图像处理电路之间的高频干扰信号的传输。

一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离系统，包括：

上述的电气隔离电路、电子内窥镜和图像处理电路，所述电气隔离电路连接在所述电子内窥镜与图像处理电路之间，用于实现两者之间信号传输过程中的电气隔离。

进一步的方案是，所述电子内窥镜包括：CMOS微型摄像头，用于采集模拟图像信号；SRAM电路，与所述CMOS微型摄像头连接，用于缓存所述模拟图像信号；FPGA电路，与所述SRAM电路连接，用于当读取到所述模拟图像信号时发送采样信号至ARM电路，对所述模拟图像信号进行采样；所述ARM电路，与所述FPGA电路连接，用于接收所述采样信号以控制所述FPGA电路的总线切换，切换所述FPGA电路的读写路径。

更进一步的方案是，所述第一多路磁隔离电路分别与所述FPGA电路、图像处理电路连接，用于将电气隔离后的图像信号和控制信号输出至所述图像处理电路。

更进一步的方案是，所述图像处理电路通过HDMI或DVI线缆与至少2个高清屏幕连接并同时显示图像。

由此可见，本实用新型具有以下有益效果：

1、通过本实用新型在硬件电路中增加隔离模块，起到保护和隔离的作用，避免信号之间互相干扰。

2、本实用新型在保证电子内窥镜图像质量和光源质量不受损的前提下，有效地对电子内窥镜上的图像信号和光源驱动信号进行了电气隔离，保障了电子内窥镜的基本安全和基本性能。

3、本实用新型采用数字隔离的方式，对电子内窥镜的图像模拟量信号和光源驱动信号进行电气隔离。

4、本实用新型采用低功耗芯片，在全面实现功能的同时，同步实现了节能优势。

5、本实用新型采用高清宽屏、微型、低功耗的CMOS图像传感器，结合电子染色和放大技术，能够更加细腻、高清地显示图像。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离电路实施例的原理图。

图2是本实用新型一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离电路实施例中IC磁隔离电路的电路原理图。

图3是本实用新型一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离电路实施例中多路磁隔离电路的电路原理图。

图4是本实用新型一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离系统实施例中电子内窥镜的原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离电路实施例

参见图1，本实用新型所涉及的一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离电路，电气隔离电路连接在电子内窥镜1与图像处理电路2之间，以实现信号传输过程中的电气隔离，电气隔离电路包括：

第一多路磁隔离电路11、第二多路磁隔离电路12、模数转换电路13以及数模转换电路14，模数转换电路13与图像处理电路2连接，用于将电子内窥镜1输出的模拟图像信号进行模数转换成多路数字图像信号，第一多路磁隔离电路11与模数转换电路13连接，用于对多路数字图像信号进行电气隔离，并输出隔离后的数字图像信号至图像处理电路2；

第二多路磁隔离电路12与图像处理电路2连接，用于将图像处理电路2输出的图像控制信号进行电气隔离，数模转换电路14与第二多路磁隔离电路12连接，用于将电气隔离后的图像控制信号转换成电子内窥镜1能识别的模拟CLK信号；

其中，在电子内窥镜1与图像处理电路2之间还连接有IC磁隔离电路15以及PWM光源驱动电路16。

具体的，在IC磁隔离电路15与图像处理电路2之间连接有一IC模数转换电路，用于将图像处理电路2输出的光源驱动信号转换成IC数字信号，IC磁隔离电路15用于对IC数字信号进行电气隔离，并输出电气隔离后的IC数字信号至PWM光源驱动电路16，以控制PWM光源驱动电路16输出PWM信号，传输至电子内窥镜1上为LED提供驱动。

在本实施例中，IC磁隔离电路15包括热插拔数字隔离器，用于提供两个双向通道，并支持完全隔离的IC接口。

优选的，如图2所示，IC磁隔离电路15包括ADuM2250，其内置非闩锁双向通信通道，且与IC接口兼容。这样就不需要将IC信号分成单独的发送信号与接收信号，供独立光电耦合器使用。

进一步的，ADuM2250提供两个双向通道，支持完全隔离的IC接口。ADuM2251提供一个双向通道和一个单向通道，适合不需要双向时钟的应用。ADuM2250/ADuM2251将iCoupler通道与半导体电路集成，在小型封装中实现完全隔离的IC接口，其磁隔离技术，其功能、性能、尺寸和功耗均优于光电耦合器

在本实施例中，第一多路磁隔离电路11包括多通道数字隔离器，用于提供多个独立式数据通道，以实现多通道的电气隔离。

在本实施例中，第二多路磁隔离电路12包括多通道数字隔离器，用于提供多个独立式数据通道，以实现多通道的电气隔离。

优选的，如图3所示，第一多路磁隔离电路11和第二多路磁隔离电路12的多通道数字隔离器为ADUM260N，ADUM260N为采用ADI公司技术的6通道数字隔离器。这些隔离器件将高速、互补金属氧化物半导体(CMOS)与单芯片空芯变压器技术融为一体，具有优于光耦合器件和其它集成式耦合器等替代器件的出色性能特征。这些器件的最大传播延迟为13ns，在5V下脉冲宽度失真小于4.5ns。具有严格的4.0ns(最大值)传播延迟通道间匹配。

进一步的，ADUM260N的数据通道属于独立式通道，提供多种配置选择，可承受5.0kV rms的电压额定值。这些器件均可采用1.7V至5.5V电源电压工作，与低压系统兼容，并且能够跨越隔离栅实现电压转换功能。与其它光耦合器不同，ADUM260N可确保不存在输入逻辑转换时的直流正确性，其提供两种不同的故障安全选项，输入电源未用时，输出转换到预定状态。

在本实施例中，电气隔离电路还包括安规电容，安规电容一端连接在电子内窥镜1的接地端，另一端连接在图像处理电路2的接地端，用于隔离电子内窥镜1与图像处理电路2之间的高频干扰信号的传输。可见，本实施例采用安规电容隔离导通电子内窥镜1与图像处理电路2的高频干扰信号，将隔离后的高频干扰信号导通到电路地平面以消除干扰。

由此可见，通过本实用新型在硬件电路中增加隔离模块，起到保护和隔离的作用，避免信号之间互相干扰；本实用新型在保证电子内窥镜1图像质量和光源质量不受损的前提下，有效地对电子内窥镜1上的图像信号和光源驱动信号进行了电气隔离，保障了电子内窥镜1的基本安全和基本性能；本实用新型采用数字隔离的方式，对电子内窥镜1的图像模拟量信号和光源驱动信号进行电气隔离；本实用新型采用低功耗芯片，在全面实现功能的同时，同步实现了节能优势；本实用新型采用高清宽屏、微型、低功耗的CMOS图像传感器，结合电子染色和放大技术，能够更加细腻、高清地显示图像。

一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离系统实施例：

本实施例提供的一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离系统，包括：上述的电气隔离电路3、电子内窥镜1和图像处理电路2，电气隔离电路3连接在电子内窥镜1与图像处理电路2之间，用于实现两者之间信号传输过程中的电气隔离。

在本实施例中，如图4所示，电子内窥镜1包括：

CMOS微型摄像头21，用于采集模拟图像信号，其中，该CMOS微型摄像头21可以采用高清的1280×720(HD720P)、全高清1920×1080(FHD1080P)两种分辨率宽屏技术；

SRAM电路22，与CMOS微型摄像头21连接，用于缓存模拟图像信号；

FPGA电路23，与SRAM电路22连接，用于当读取到模拟图像信号时发送采样信号至ARM电路，对模拟图像信号进行采样；

ARM电路24，与FPGA电路23连接，用于接收采样信号以控制FPGA电路23的总线切换，切换FPGA电路23的读写路径。

例如，CMOS微型摄像头21输出的模拟图像信号，经总线传输存储至CMOS静态RAM中，输入至FPGA电路23中进行处理，并将处理的缓存数据存入SRAM电路22，经电气隔离电路3输出至图像处理电路2进行进一步图像数据处理。

SRAM电路22可以包括：高速异步CMOS静态RAM模块，为一种为高性能、低功耗的高速异步CMOS静态RAM，可以高效率完成视频数据的读写存储，完全静态操作无时钟和刷新，具备多电源和接地引脚，具有更大的抗噪声能力。本实施例采用两片IS61WV102416BLL-10MLI高速异步CMOS静态RAM作为图像缓存。

进一步的，SRAM电路22包括第一SRAM子电路、第二SRAM子电路，第一SRAM子电路的第一端与CMOS微型摄像头21的第一输出端连接，第一SRAM子电路的第二端与FPGA电路23的第一总线接口端连接；第二SRAM子电路的第一端与CMOS微型摄像头21的第二输出端连接，第二SRAM子电路的第二端与FPGA电路23的第二总线接口端连接。

具体的，ARM电路24，用于：

与FPGA电路23连接，用于当接收采样信号时控制FPGA电路23的总线切换，切换FPGA电路23的读写路径为第一SRAM电路22。

与FPGA电路23连接，用于当采样信号结束时，控制FPGA电路23的总线切换，切换FPGA电路23的读写路径为第二SRAM电路22。

可见，通过电路结构的设计，使得两个高性能的SRAM器件实现并行工作，可以提高图像数据处理效率。

在本实施例中，第一多路磁隔离电路11分别与FPGA电路23、图像处理电路2连接，用于将电气隔离后的图像信号和控制信号输出至图像处理电路2。

在本实施例中，图像处理电路2通过HDMI或DVI线缆与至少2个高清屏幕连接并同时显示图像，其中1个是正常彩色图像，另1个是电子染色图像。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离电路，其特征在于，所述电气隔离电路连接在所述电子内窥镜与图像处理电路之间，以实现信号传输过程中的电气隔离，所述电气隔离电路包括：

第一多路磁隔离电路、第二多路磁隔离电路、模数转换电路以及数模转换电路；

所述模数转换电路与所述图像处理电路连接，用于将所述电子内窥镜输出的模拟图像信号进行模数转换成多路数字图像信号，所述第一多路磁隔离电路与所述模数转换电路连接，用于对多路所述数字图像信号进行电气隔离，并输出隔离后的数字图像信号至所述图像处理电路；

所述第二多路磁隔离电路与所述图像处理电路连接，用于将所述图像处理电路输出的图像控制信号进行电气隔离，所述数模转换电路与所述第二多路磁隔离电路连接，用于将电气隔离后的图像控制信号转换成电子内窥镜能识别的模拟CLK信号；

其中，在电子内窥镜与图像处理电路之间还连接有IC磁隔离电路以及PWM光源驱动电路。

2.根据权利要求1所述的电气隔离电路，其特征在于：

在所述IC磁隔离电路与所述图像处理电路之间连接有一IC模数转换电路，用于将所述图像处理电路输出的光源驱动信号转换成IC数字信号，所述IC磁隔离电路用于对所述IC数字信号进行电气隔离，并输出电气隔离后的IC数字信号至所述PWM光源驱动电路，以控制所述PWM光源驱动电路输出PWM信号，传输至所述电子内窥镜上为LED提供驱动。

3.根据权利要求2所述的电气隔离电路，其特征在于：

所述IC磁隔离电路包括热插拔数字隔离器，用于提供两个双向通道，并支持完全隔离的IC接口。

4.根据权利要求1所述的电气隔离电路，其特征在于：

所述第一多路磁隔离电路包括多通道数字隔离器，用于提供多个独立式数据通道，以实现多通道的电气隔离。

5.根据权利要求1所述的电气隔离电路，其特征在于：

所述第二多路磁隔离电路包括多通道数字隔离器，用于提供多个独立式数据通道，以实现多通道的电气隔离。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电气隔离电路，其特征在于：

所述电气隔离电路还包括安规电容，所述安规电容一端连接在所述电子内窥镜的接地端，另一端连接在所述图像处理电路的接地端，用于隔离所述电子内窥镜与图像处理电路之间的高频干扰信号的传输。

7.一种电子内窥镜与图像处理电路的电气隔离系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至6任一项所述的电气隔离电路、电子内窥镜和图像处理电路，所述电气隔离电路连接在所述电子内窥镜与图像处理电路之间，用于实现两者之间信号传输过程中的电气隔离。

8.根据权利要求7所述的电气隔离系统，其特征在于：

所述电子内窥镜包括：

CMOS微型摄像头，用于采集模拟图像信号；

SRAM电路，与所述CMOS微型摄像头连接，用于缓存所述模拟图像信号；

FPGA电路，与所述SRAM电路连接，用于当读取到所述模拟图像信号时发送采样信号至ARM电路，对所述模拟图像信号进行采样；

所述ARM电路，与所述FPGA电路连接，用于接收所述采样信号以控制所述FPGA电路的总线切换，切换所述FPGA电路的读写路径。

9.根据权利要求8所述的电气隔离系统，其特征在于：

所述第一多路磁隔离电路分别与所述FPGA电路、图像处理电路连接，用于将电气隔离后的图像信号和控制信号输出至所述图像处理电路。

10.根据权利要求7所述的电气隔离系统，其特征在于：

所述图像处理电路通过HDMI或DVI线缆与至少2个高清屏幕连接并同时显示图像。