通过半定制化系统级封装(SIP)器件解决病人监护应用的技术挑战
行业分析Allied Market Research最近发布的一份报告预测,全球移动医疗市场从现在起的10年间年复合增长率(CAGR)将达到33.5%。移动医疗的好处被广泛认可。通过这种技术,在病人的家里,慢性病可得以监测,或可以绘图记录病人治疗/手术恢复的进展情况,而以前这必须在定点照护设施进行(如医院、诊所等)。
移动医疗意味着医生和临床医师无需出行,就可获得他们需要的关于病人心血管问题或糖尿病的准确、全面的数据,从而将不便减少到最小,并避免可能引起潜在创伤的情况。但这不仅令病人得益。在人口老龄化问题需要解决,和可用资源往往非常有限的情况下,移动医疗也有利于医疗专业人员。移动医疗为他们提供了高效的方法,以收集重要的患者信息,同时减少了会诊时间。
各种不同的医疗监测设备如今越来越盛行,包括心率监测仪、血糖监测仪、心电图仪等。为充分利用移动医疗提供的机会,医疗设备制造商需要由技术合作伙伴支持。将成为移动医疗基础的远程监测设备需要:
1. 高能效—其目的是保持尽可能长的电池使用时间
2. 紧凑—以致于当患者穿戴上监控设备不会有任何不适
3. 高性价比—以便它们可直击有吸引力的价位,促进更大的市场动力
4. 面向未来—可能需要包含附加功能,但无需对设计作昂贵的改动
这些标准对医疗半导体制造商施加相当大的压力。在过去,当他们提供实现监测/感测系统必要的IC技术时,为客户提供以下的其中一个方案:
1. 将许多标准分立元件结合在一起,如放大器IC、数据转换IC和电源管理IC。
2. 考虑实现一个完整的定制系统级芯片(SoC)方案。
这两种不同的选项当然都有显然的缺点。分立方案由于由现成的元件组成,将无法对它已被赋予的工作的特定功能进行优化。这意味着它不能达到期望的性能基准。此外,分立元件将占相当大的占板面积,而且功耗相当大。反之,定制方案将能提升性能水平,及最大限度地减小PCB空间,和显著降低功耗,但它将需要更长的开发周期、大量前期投资,和一定程度的风险(支付的初期费用可能难以确保所需的单位销量)。这使医疗设计团队陷入严重困境——要么牺牲系统性能,要么承受更高的成本。针对这一问题,有远见的半导体制造商已开始寻求折中的方法——使用更高集成度的定制SoC方案,可兼并分立方案的快速生产周期和更低成本的优势。
安森美半导体通过采用极为先进的芯片堆叠技术,已能解决这问题。公司推出了多芯片系统级封装(SiP)方案,包含便携式医疗系统设计规定的许多关键元件。安森美半导体的Struix产品包含一个微控制器、一个定制设计的模拟前端(AFE)和一个32位专用标准产品(ASSP),互相堆叠在一个紧凑的6mm x 6mm QFN封装。
StruixULPMC10微控制器能通过32位ARM® Cortex®-M3核处理采集到的数据,这32位ARM® Cortex®-M3工作频率高达30MHz。它可提供512k 字节片上闪存和24k字节静态随机存储器(SRAM),可存储重要的程序和用户数据。它还包含一个3路输入的12位模数转换器(ADC)、一个实时时钟、一个锁相环和一个温度传感器。它超低的动态和静态功耗极其适用于电池供电的便携式操作——病人监测任务。微控制器在工作时仅消耗200 µA/MHz,在待机时低于500 nA。该方案的灵活性源于其微控制器。它易于将来的更新,不会影响AFE,通过以出现的下一代微控制器替换。
图:安森美半导体的Struix SiP
似乎可以确定,未来几年,技术定会对我们的医疗保健方式产生更大的影响。通过远程监测,将可能提高患者的生活品质。为实现这,医疗设备制造商必须提供更先进的、高能效的半导体方案,使它们能克服面临的工程和经济障碍。
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