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运用半定制体系级封装(SiP)计划的医疗传感器接口

医疗市场范围非常广泛,涵盖用于监测和治疗的临床医疗保健设施,以及家庭医疗保健设备。这些设备包括听力受损的人使用的助听器、肥胖症患者用作一部分

医疗商场规模十分广泛,包含用于监测和医治的临床医疗保健设备,以及家庭医疗保健设备。这些设备包含听力受损的人运用的助听器、肥胖症患者用作一部分瘦身办理的活动监督器、需求继续医治的人的药物监测仪,以及用作一部分痛苦办理的经皮给药的膏药。

虽然临床及便携设备有着重要的效果,医疗职业近来却转向家庭医疗保健方面开展,且该细分商场正以高于9%的年增率扩张(Databeans,2014)。跟着“婴儿潮”一代步入晚年,医疗护理需求添加,职业变得越来越依靠替代办法医治患者。加上群众对健身和健康的爱好添加,这使更廉价便携的挑选成为必定(图1)。经过运用便携式设备替代传统的定点设备(医院、诊所),可监督和医治患者而免却有必要常常去看医师的不方便。这使依靠医治的患者提高了生活品质,为保险公司和其他设备优化了工业本钱。

图1:带有生命体征监测功用的智能手表。

可穿戴医疗设备半导体计划的特色

安森美半导体要点研制四个要害的医疗保健类别:听力健康、患者监督、健身以及理疗(如痛苦办理)。这些设备的特色是要求体积小、可穿戴和电池供电,包含下列两至三种要害技能特性:

● 超低电平信号感测;

● 信号处理及操控;

● 互操作性。

超低电平信号检测需求捕捉源自皮肤外部传感器或穿透皮肤的微创传感器的弱小生理信号。皮外传感器的一个比如是心电图(ECG)电极。心电图电极捕捉在每次心跳进程中心肌相互去极化引起的皮肤上弱小电改变。

相同,微创传感器的一个比如是接连式血糖监测仪(CGM)。它运用传感器悄悄穿透皮肤,并丈量细胞间液的葡萄糖浓度。

平衡体系功用与尺度

大多数医疗半导体公司供给放大器、A/D转化器、电源办理等独立的分立元器材,或供给含微操控器的、结合根本的模仿电路和电源办理的体系单芯片(SoC)处理计划,处理传感器接口需求。为了优化终端运用的尺度及功用,这都不是医疗职业抱负的计划。

医疗器材制造商往往花费数年开发并改善其传感器,以便以继续低电平捕捉要害的生理信号,一同寻求更低产品总本钱,扩展客户的挑选规模。

分立计划一般规划为将检测到的信号转化为合适A/ D转化的电压或电流。但是, 这些计划所占线路板(PCB)空间大,一般花费贵重,且终究影响终端设备的尺度。保证选用可穿戴技能的一个要害因素是尺度最小化和用户舒适度优化,这使分立处理计划难以完成。

此外,分立处理计划或许会受容差引起的聚合偏置影响。偏置电流的改变、动态规模以及漏电流会影响设备功用。

相比之下,体系单芯片(SoC)计划一般尺度更小,并供给模仿电路和微操控器改善的集成。但是,因为大多SoC半导体工艺的约束,SoC规划师一般在可完成什么样的模仿功用方面受限。这些工艺往往以期望到达很高的数字集成水平为主(如每平方毫米芯片上内存越多和数字功用越多则越好)。这意味着有必要在更高漏电流和SoC模仿部分有更多噪声之间作出取舍,为到达医疗设备传感器的最佳功用,这一般是不可取的。

安森美半导体计划用于可穿戴医疗设备

2014年秋,安森美半导体推出一个新品概念—Struix。Struix在拉丁文中的意义是“叠在一同”,它在微型的高功用SoC计划中结合一个定制的专用集成电路(ASIC)和一个专用标准产品(ASSP)微操控器。这个概念向医疗设备制造商供给了一举两得的计划:定制的芯片能处理特定专用传感器接口的需求,而运用职业标准产品一般能削减规划危险及相关本钱。图2所示为一个典型的根据Struix的产品。

图2:Struix堆叠芯片。

图2中,上层的芯片是一个专用传感器接口,基层芯片是一个选用职业标准ARM Cortex-M3操控器的微处理器(ULPMC10) 。ULPMC10微操控器专门规划为低功耗和芯片堆叠。本例中, 两个器材堆叠在一个6mm×6mm的QFN封装中,但也有其他封装方法交货。根据Struix的产品始于一个专用传感器接口的开发。该开发进程利用了安森美半导体在低功耗、低噪声信号调度、放大和转化方面的知识产权( IP)。一些现有的要害IP模块包含每次转化低于2.4pJ的24位转化器,以及仅在几十微安作业的低噪声、差分放大器。

专用传感器接口的开发流程一般源于客户的专用传感器接口标准,其次是规划、完成、测验和认证阶段。

与此一同,客户的运用开发团队能够在ULPMC10微操控器上开发必要的终端运用代码。安森美半导体供给了一个合适独立作业的小型开发板,以及专用传感器接口的原型。这使客户能够在全面生产前对终端运用的功用进行评价。

大多数医疗设备以占空比的方法作业(如设备在睡觉形式比作业形式花费更多时刻)。ULPMC10微操控器针对此作业方法供给200nA的极低睡觉形式电流,且实时时钟电路一直运转。当彻底加载ARM Cortex-M3处理器并直接履行片上闪存的运用程序代码, 作业形式所耗费的电流小于200μA/MHz。这能够延伸电池寿数,结合更小电池的运用,其将诞生出更小、更具吸引力的医疗设备。

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