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醫(yī)療器械

安森美半導體應用于可穿戴醫(yī)療的半導體方案

星之球激光 來源:佳工機電網(wǎng)2015-06-19 我要評論(0 )   

中國人口老齡化進程正持續(xù)加快:據(jù)聯(lián)合國2010年世界人口的展望,2010年中國60歲以上人口所占百分比為12.3%,預計到2030年將增至

       中國人口老齡化進程正持續(xù)加快:據(jù)聯(lián)合國2010年世界人口的展望,2010年中國60歲以上人口所占百分比為12.3%,預計到2030年將增至24.4%,到2050年甚至將達33.9%。同時,隨著人們生活水平的提高,預期壽命越來越長,將會更加注重醫(yī)療及保健,門診/家中保健將越來越普遍。而且,人口老齡化或?qū)⒋呱叩男呐K病、糖尿病、哮喘的發(fā)病率,再加上中國政府計劃實現(xiàn)全民醫(yī)保等等,中國的醫(yī)療設備行業(yè)將會持續(xù)地發(fā)展。

目前中國醫(yī)療設備市場分散,且僅由少數(shù)大型醫(yī)療設備公司如邁瑞、金科威、歐姆龍等主導,市場潛力巨大,眾多小型公司也瞄準這一市場,爭相開發(fā)創(chuàng)新的醫(yī)療方案。故醫(yī)療設備的發(fā)展趨勢包括增加“智能”及數(shù)據(jù)存儲特性、便攜性、無線/連接型方案、人體區(qū)域網(wǎng)絡等等。而醫(yī)療半導體無疑在醫(yī)療設備/方案的創(chuàng)新中發(fā)揮著主導作用,朝向更高集成度、小型化、高能效發(fā)展,同時使消費類醫(yī)療設備轉向采用標準元器件并嵌入無線功能。

安森美半導體將硅引入生活

安森美半導體以高性能硅方案幫助醫(yī)療技術開發(fā)者解決他們獨特的設計挑戰(zhàn)。作為健康聯(lián)盟的活躍成員,安森美半導體高技能的系統(tǒng)架構師、設計、封裝和測試工程師,具備豐富的知識產(chǎn)權(IP)陣容,自有世界級工廠,憑借超過30年的定制硅經(jīng)驗,提供全面的產(chǎn)品陣容和服務,包括:定制的混合信號專用集成電路(ASIC)、專用標準產(chǎn)品(ASSP)、醫(yī)療級分立元件、助聽器數(shù)字信號處理(DSP)系統(tǒng)、定制的和半定制的超低功耗存儲器、為系統(tǒng)小型化的先進封裝、附加代工服務等等,其開發(fā)套件、軟件包、產(chǎn)品庫等保證完全合格和強固的開發(fā)流程,產(chǎn)品使用壽命支持延長的產(chǎn)品生命周期,數(shù)據(jù)可追蹤和保存,品質(zhì)獲ISO13485醫(yī)療系統(tǒng)認證,且設立故障分析實驗室,可批量驗收測試。

安森美半導體的重點醫(yī)療細分市場涵蓋植體、聽力健康和臨床及指定設備。

植體

植體應用主要包括除顫器及心臟起博器、神經(jīng)刺激器、可注射監(jiān)測器和可吸入電子。安森美半導體為此類應用提供ASIC、存儲器、分立元件、模塊及晶圓代工服務。

以植入式神經(jīng)刺激平臺為例,安森美半導體提供集成控制器、存儲器、數(shù)字、模擬和高壓的單芯片方案,使用多通道浪涌抑制器(TSS)進一步顯著減少分立元件數(shù)(通常將IC裸片數(shù)從3-4顆減少至1-2顆),有助于減小電路板所占空間,簡化設備制造和物流,降低成本和功耗,減少對系統(tǒng)/電路板的依賴,提升品質(zhì),加快產(chǎn)品上市時間,降低開發(fā)風險。

安森美半導體提供二極管、MOSFET、IGBT、電源穩(wěn)壓器等標準分立元件用于醫(yī)療應用,并提供可定制的選擇配合醫(yī)療市場需要。

安森美半導體可根據(jù)醫(yī)療應用的獨特需求提供定制的ASSP,如多通道瞬態(tài)浪涌抑制器可根據(jù)獨特的物理要求和電氣參數(shù)而定制,具備極快導通、最大浪涌電流大于12 A等關鍵特性;并提供引腳少、漏電流超低、存儲容量達8Mb、實現(xiàn)超低功耗的SRAM、EEPROM和SRAM-Flash。

為實現(xiàn)更低成本、更高能效,安森美半導體還提供替代EEPROM、FRAM和標準SRAM的串行SRAM存儲器。并行SRAM通常需要3路控制輸入、15路地址輸入和8路數(shù)據(jù)I/O共26條線路,僅用于低功耗應用。而串行SRAM僅需共4條線路,且占位面積更小,引腳更少,功耗更低,可保存?zhèn)浞萜骄?0年的數(shù)據(jù),系統(tǒng)成本更低,非常適合用于心臟監(jiān)測設備等小尺寸應用。

特別地,為配合特定要求的FDA III,安森美半導體提供醫(yī)療級標準元件用于植體或生命攸關的應用,并提供符合MIL-PRF-1950標準、認證的MIL-STD-750測試法、支持JAN/JANHC 品質(zhì)水平、于國防后勤局(DLA)批準的生產(chǎn)線制造等軍工標準協(xié)議模式的高可靠性工藝流程。

助聽器

根據(jù)佩戴位置的不同,助聽器主要分為耳背式(Behind-The-Ear, BTE)和耳內(nèi)式(In-The-Ear, ITE)。前者包括傳統(tǒng)BTE、微型BTE和耳道內(nèi)置受話器(Receiver-In-Canal, RIC),后者包括全、3/4、半耳腔式ITE、耳道內(nèi)置(ITC)、深耳道(Completely-In-Canal, CIC)及耳道內(nèi)不可見(Invisible-In-Canal, IIC)。

微型及“不可見”是助聽器的一大趨勢:更小巧的RIC及新的IIC類型更受歡迎,這要求半導體制造商轉移至65nm或更小節(jié)點的工藝及微型化封裝技術;助聽器的第二大趨勢是將添加無線通信及連接功能:當前采用2.4 GHz、900 MHz及帶藍牙繼電器器件的近場磁感應(NFMI)的技術,需要互操作性及先進的封裝技術;第三,助聽器將發(fā)展至更“智能”且完全自動化:如音量控制及信號處理自動適配聲音環(huán)境,令用戶更舒適,這要求為其增加處理功率及算法復雜度。助聽器的發(fā)展趨勢產(chǎn)生功耗、尺寸、混合信號處理等方面的設計挑戰(zhàn),如要求在1 V工作電壓時電流消耗小于1 mA,多芯片及芯片面積小于10mm2,數(shù)字及模擬功能等等。

安森美半導體提供完整系列的DSP系統(tǒng),包括預適配RHYTHM™系列、預配置RHYTHM™和AYRE™系列、以及Ezairo®系列。這些系列除了都含DSP、ADC、DAC、NVM等全面的助聽器系統(tǒng),還針對不同目標設計人員提供不同的配置以滿足他們不同的需求:Ezairo®系列的可編程IDE,適合有差異化算法的技術專家;預配置系列針對老客戶和具備中等聽力學知識的人提供預載算法、配套的基礎架構工具(SoundDesigner,ARK)和參考設計;而預適配系列提供預載算法、配套手冊,并即將推出參考設計,有助于為新的助聽器制造商和模擬助聽器制造商解決其設計挑戰(zhàn)。

在為助聽器廠商解決空間受限的要求方面,安森美半導體擁有超過40年的經(jīng)驗,主要采用先進的2.5D和3D超小型系統(tǒng)級封裝(SiP),即在同一封裝將不同的硅芯片和分立元件連接在一起,通過縮減信號距離大大節(jié)省空間并提升電氣性能。SiP是定制的封裝開發(fā)和制造服務,為注重尺寸、性能和系統(tǒng)集成度的醫(yī)療應用而設計。

安森美半導體將推出新的采用SiP的集成2.4GHz無線模塊的方案,尺寸僅為7.39 × 3.94 × 1.4 mm,其關鍵特性包括:集成完全可編程的多核音頻處理器、適配器可通過線性接口連接至任何音頻源(TV, HiFi)從而提供遠程麥克風適配器的立體聲流、使用手機的標準配置文件如“Find Me”、“電話警報配置文件”等進行控制、音量和程序可通過手機控制改變等等。

定制醫(yī)療ASIC

醫(yī)療設備設計人員一般面臨以下設計挑戰(zhàn):

低能耗:電池供電的醫(yī)療設備對電池使用時間要求較高,而標準分立元件可能消耗太大電流,無法提供令人滿意的產(chǎn)品使用時間;小尺寸:通常要求小巧以提供離散性和舒適度,而使用標準分立元件會令外形因數(shù)太大;高壓:傳感器可能要求高壓偏置,同時產(chǎn)生極低電平的信號,當使用分立元件來處理高壓及低壓時,傳感器接口電路通常太過復雜;低噪聲:專用人體傳感器捕獲到的信號極微弱,漏電流或其它不想要的電流將壓過傳感器產(chǎn)生的信號;長產(chǎn)品生命周期:可能超過10年,而許多標準元件在醫(yī)療設備生產(chǎn)結束前已被淘汰;低BOM成本:采用分立元件設計的系統(tǒng)元件數(shù)量多,成本降不下來。

采用定制的ASIC方案可提供能耗優(yōu)勢、以高集成度提供尺寸優(yōu)勢、能集成高壓及低壓電路、提供高度的信號通道隔離及低噪聲、配合長產(chǎn)品生命周期、提供集成方案從而降低系統(tǒng)成本,幫助設計人員解決他們的獨特設計挑戰(zhàn)。

安森美半導體具備豐富的高性能、低能耗ASIC IP陣容,并可提供系統(tǒng)級方案,如為免提操作的低功耗聲音觸發(fā)功能。在中國,安森美半導體已積累成功的醫(yī)療ASIC案例. 如自2007以來,安森美半導體已為邁瑞開發(fā)定制病人監(jiān)測ASIC,用于多通道心電圖、心率及呼吸監(jiān)視儀、血氧飽和度等多種病人監(jiān)測設備,實現(xiàn)比分立標準產(chǎn)品方案更低的能耗并降低總體BOM成本。邁瑞后續(xù)還將發(fā)布更多使用這ASIC的產(chǎn)品。

Struix是安森美半導體推出的半定制組合方案,由定制的和標準的ASSP元件組成,即根據(jù)客戶的專有規(guī)格而定制的一個模擬傳感器接口或一個驅(qū)動器,和一個采用ARM® Cortex®-M3內(nèi)核(ULPMC10)的超低功耗唯數(shù)字微控制器芯片。“Struix”是“stacked”t疊在一起)的拉丁語形式,它將定制的芯片和標準芯片疊在一個封裝中以提供微型的、高能效的半導體方案,提供比標準元件更多的定制,比完整的系統(tǒng)級芯片(SoC)方案設計時間并降低開發(fā)風險及相關成本,適用于血糖監(jiān)測、透皮給藥、便攜式及定點護理(PoC)病人監(jiān)控等微型醫(yī)療設備。這堆疊微型封裝充分利用硅集成及模塊化,集成度高,易于設計,還進一步增強了設計靈活性,因為ULPMC10微控制器可采用安森美半導體未來的微控制器輕易升級,無須替換模擬前端。

小結

受市場動力、人口趨勢、政府政策、醫(yī)療行業(yè)結構及增長等綜合因素的推動,中國醫(yī)療設備行業(yè)頗具發(fā)展前景。醫(yī)療設備制造商要想走在市場前沿需采用高能效的半導體方案進行創(chuàng)新開發(fā)。在可穿戴醫(yī)療逐漸興起的趨勢下,醫(yī)療半導體向更高集成度、小型化、更高能效方向邁進。作為高能效創(chuàng)新的供應商,安森美半導體因應市場趨勢,提供完整的醫(yī)療半導體產(chǎn)品和服務、豐富的專長和經(jīng)驗,并承諾產(chǎn)品和方案具備滿足醫(yī)療市場嚴格要求的高品質(zhì)和高可靠性,助醫(yī)療技術開發(fā)者解決他們獨特的設計挑戰(zhàn)。

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醫(yī)療器械可穿戴半導體安森美
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