医疗电子:从治病向保健延伸,便携产品领风骚

　　同时，医疗模式在转变，过去关注疾病，现在关注健康。理想的医院是比我还关心自己的健康。

　　现在，医保对医疗电子产业的拉动巨大。

　　我国的问题是交易成本过高。很多企业重复研发，缺少诚信和知识管理。同时，高校和企业的研发需要密切协作。

低功耗、高效率是芯片研发主流

家用医疗并不意味着低性能

　　ADI公司亚太区医疗行业市场经理王胜称，家庭或个人应用的便携式医疗设备并不意味着低性能，相当一部分应用只是应用场地和应用方式的转化，已不再局限于传统的专业医疗机构场所使用。家用医疗监护设备在技术上的发展趋势概括起来就是“更便携、更安全、更低耗、更智能，以及更高诊断级的性能”。

　　家用医疗设备的主要针对用户群并不具有严格的限定界限，可以包括慢性疾病患者、术后康复以及中老年人。未来，家用医疗设备，尤其是以预防监测为主的家用医疗设备将面向所有的用户群，成为人们生活中的必需品。另外，随着医疗基础的不断成熟，诊断级的家庭医疗设备亦将得到快速发展。除了传统的个人医疗电子设备如血压计、血糖仪等因其技术和市场都已很成熟，其他新的技术和应用也将带动未来的便携式医疗电子设备市场的发展，例如针对个人和家庭应用的生命体征信号测量等。ADI预计未来个人监护、诊断以及运动状态监测等设备也会走入家庭和个人应用场合。此外，随着医疗事业的发展，很多原来被认为是医疗行业边缘产业的，如与家用保健系统相关的保险业也将越来越多地参与到医疗事业的建设中来，同样会带动医疗电子的发展。这些都必然要求医疗电子设备的小体积、便携式、低功耗、易使用、低成本以及有效的数据传输和管理方式。

　　ADI已经在医疗行业专注多年，积累丰富的经验，技术以及方案。近期，公司针对各类生命体征监护应用推出了一款低功耗、单导联、心率监护仪模拟前端(AFE)AD8232，专为满足新兴的健身设备、便携式/佩戴式监控设备和远程健康监护设备的ECG信号调理要求而设计。

降低ADC功耗

　　安森美半导体消费类健康产品线高级经理Jakob Nielsen认为降低ADC功耗势在必行。因为 医疗设备行业正在出现新趋势。由于医疗成本上升及医疗法规变化，使医疗设备开发人员需要充分利用他们的设计生产医疗设备系列，而非采用一次一个设备的开发途径。例如，某个工程团队如今必须同时开一个发心电图(ECG)监测仪及一个自动体外除颤仪(AED)设备。这就为选择元器件带来挑战，因为医院用的ECG监测仪通常采用墙式插座供电，而AED设备采用电池供电。换言之，一个设备需大功率电能按需要用电，而另一个设备受电池电量约束;然而，为了将开发周期缩至最短及将成本降至最低，需要为两类设备建造共用硬件工具。其次，一个设备通常静止不动(在病床边)，而另一个设备则需移动，配合就地治疗。

　　对元器件制造商来说，医疗级IC制造商需要设计极低能耗的半导体产品以满足便携设备的电池限制，但性能还必须满足居家严格应用(通常是静态医疗设备)的性能规范要求。例如，临床使用的ECG监测仪通常要求24位模数转换器(ADC)来提供低至足以检测心率及心律不齐症状(此状态可能导致心脏病或死亡)的噪声等级。然而，这样的转换器通常能耗大，远高于便携设备中通常使用的16位(或更低)转换器。

　　安森美半导体已开发出专有的高精度ADC及其它知识产权(IP)，其电流消耗低于常见16位转换器，而且没有折衷性能。此外，该IP的占位面积极小，结合业界最低的能耗，使设备开发人员能够在多种医疗设备中充分利用相同的元器件，因而缩减一个产品系列的总体物料单，同时在同一系列的不同设备提供类似、一致的性能。

降低ADC及驱动器功耗

　　凌力尔特公司混合信号产品组产品市场经理Alison Steer称，在便携式医疗电子产品中，ADC 用于监视生命体征 (例如：血压、血氧含量、血糖和体温等)。随着便携式医疗设备传感器的发展，就非侵入式护理保健来说，对于延长电池寿命和小型化的需求变得愈发至关紧要。工作期间的低功耗对延长电池寿命很重要，而打盹和停机模式则能更进一步降低功耗。在某种情况下，降低 ADC 中的功耗带来的收效日益减少，而 ADC 驱动器的功耗却超过了ADC本身。

　　为此，凌力尔特开发了可用于降低整个信号链路之功耗的新颖技术。例如：延长 SAR(逐次逼近寄存器型)ADC的采集时间将允许使用稳定速度慢得多的较低功率驱动器。另一种仅有凌力尔特SAR ADC运用的技术是数字增益压缩 (DGC)，其免除了驱动器放大器的负电源，并可保持 ADC 的完整分辨率。负电源轨的免除可降低信号链路的总功耗并简化设计。比如：当采用功耗仅为18mW的18位1.6Msps SAR ADC LTC2379-18 时，在启用数字增益压缩功能的情况下，允许我们使用单电源LTC6362 ADC驱动器来驱动 LTC2379-18，在功耗仅5mW情况下，仍然实现了高达100dB的SNR(信噪比)性能。

　　有些医疗测量要求模拟电路连续运行，每秒获取数千甚至数百万个读数。而其他一些应用则只要求每天获取单个读数。对于此类偶然的测试，模拟电路仅需上电一次并进行测量，而在一天的其余时间里则处于以低功率“睡眠”模式运行的“空闲”状态。由于凌力尔特 SAR ADC 架构具有自动断电特性，功耗随采样速率线性调节，因此采样速率越慢消耗的功率就越少。借助一款没有最小采样速率要求的无延迟SAR ADC，即可采用单触发采样操作以降低功率耗散，从而使ADC即使在经历了漫长的空闲周期之后也能完成准确的测量。

　　人们采用较宽的输入范围，以在ADC中实现较高的SNR性能，但这未必能获得更好的输入参考噪声，而在诸如X射线成像和细胞分选仪等低功率、高精度应用中，输入参考噪声是一项很重要的性能指标。之所以希望拥有低输入参考噪声，是因为它能为应用提供明显改善的有效分辨率或无噪声代码分辨率。有趣的是，当把一个具有8Vp-p输入范围的16位10Msps SAR ADC的输入参考噪声与凌力尔特具2.1Vp-p输入范围的16位20Msps流水线型ADC LTC2270进行对比时，我们发现后者的输入参考噪声仅为46µVrms(前者则为75µVrms)，而功耗却几乎是SAR ADC的一半。