醫療電子:從治病向保健延伸,便攜產品領風騷

　　同時，醫療模式在轉變，過去關注疾病，現在關注健康。理想的醫院是比我還關心自己的健康。

　　現在，醫保對醫療電子產業的拉動巨大。

　　我國的問題是交易成本過高。很多企業重復研發，缺少誠信和知識管理。同時，高校和企業的研發需要密切協作。

　　低功耗、高效率是芯片研發主流

　　家用醫療并不意味著低性能

　　ADI公司亞太區醫療行業市場經理王勝稱，家庭或個人應用的便攜式醫療設備并不意味著低性能，相當一部分應用只是應用場地和應用方式的轉化，已不再局限于傳統的專業醫療機構場所使用。家用醫療監護設備在技術上的發展趨勢概括起來就是“更便攜、更安全、更低耗、更智能，以及更高診斷級的性能”。

　　家用醫療設備的主要針對用戶群并不具有嚴格的限定界限，可以包括慢性疾病患者、術后康復以及中老年人。未來，家用醫療設備，尤其是以預防監測為主的家用醫療設備將面向所有的用戶群，成為人們生活中的必需品。另外，隨著醫療基礎的不斷成熟，診斷級的家庭醫療設備亦將得到快速發展。除了傳統的個人醫療電子設備如血壓計、血糖儀等因其技術和市場都已很成熟，其他新的技術和應用也將帶動未來的便攜式醫療電子設備市場的發展，例如針對個人和家庭應用的生命體征信號測量等。ADI預計未來個人監護、診斷以及運動狀態監測等設備也會走入家庭和個人應用場合。此外，隨著醫療事業的發展，很多原來被認為是醫療行業邊緣產業的，如與家用保健系統相關的保險業也將越來越多地參與到醫療事業的建設中來，同樣會帶動醫療電子的發展。這些都必然要求醫療電子設備的小體積、便攜式、低功耗、易使用、低成本以及有效的數據傳輸和管理方式。

　　ADI已經在醫療行業專注多年，積累豐富的經驗，技術以及方案。近期，公司針對各類生命體征監護應用推出了一款低功耗、單導聯、心率監護儀模擬前端(AFE)AD8232，專為滿足新興的健身設備、便攜式/佩戴式監控設備和遠程健康監護設備的ECG信號調理要求而設計。

　　降低ADC功耗

　　安森美半導體消費類健康產品線高級經理Jakob Nielsen認為降低ADC功耗勢在必行。因為 醫療設備行業正在出現新趨勢。由于醫療成本上升及醫療法規變化，使醫療設備開發人員需要充分利用他們的設計生產醫療設備系列，而非采用一次一個設備的開發途徑。例如，某個工程團隊如今必須同時開一個發心電圖(ECG)監測儀及一個自動體外除顫儀(AED)設備。這就為選擇元器件帶來挑戰，因為醫院用的ECG監測儀通常采用墻式插座供電，而AED設備采用電池供電。換言之，一個設備需大功率電能按需要用電，而另一個設備受電池電量約束;然而，為了將開發周期縮至最短及將成本降至最低，需要為兩類設備建造共用硬件工具。其次，一個設備通常靜止不動(在病床邊)，而另一個設備則需移動，配合就地治療。

　　對元器件制造商來說，醫療級IC制造商需要設計極低能耗的半導體產品以滿足便攜設備的電池限制，但性能還必須滿足居家嚴格應用(通常是靜態醫療設備)的性能規范要求。例如，臨床使用的ECG監測儀通常要求24位模數轉換器(ADC)來提供低至足以檢測心率及心律不齊癥狀(此狀態可能導致心臟病或死亡)的噪聲等級。然而，這樣的轉換器通常能耗大，遠高于便攜設備中通常使用的16位(或更低)轉換器。

　　安森美半導體已開發出專有的高精度ADC及其它知識產權(IP)，其電流消耗低于常見16位轉換器，而且沒有折衷性能。此外，該IP的占位面積極小，結合業界最低的能耗，使設備開發人員能夠在多種醫療設備中充分利用相同的元器件，因而縮減一個產品系列的總體物料單，同時在同一系列的不同設備提供類似、一致的性能。

　　降低ADC及驅動器功耗

　　凌力爾特公司混合信號產品組產品市場經理Alison Steer稱，在便攜式醫療電子產品中，ADC 用于監視生命體征 (例如：血壓、血氧含量、血糖和體溫等)。隨著便攜式醫療設備傳感器的發展，就非侵入式護理保健來說，對于延長電池壽命和小型化的需求變得愈發至關緊要。工作期間的低功耗對延長電池壽命很重要，而打盹和停機模式則能更進一步降低功耗。在某種情況下，降低 ADC 中的功耗帶來的收效日益減少，而 ADC 驅動器的功耗卻超過了ADC本身。

　　為此，凌力爾特開發了可用于降低整個信號鏈路之功耗的新穎技術。例如：延長 SAR(逐次逼近寄存器型)ADC的采集時間將允許使用穩定速度慢得多的較低功率驅動器。另一種僅有凌力爾特SAR ADC運用的技術是數字增益壓縮 (DGC)，其免除了驅動器放大器的負電源，并可保持 ADC 的完整分辨率。負電源軌的免除可降低信號鏈路的總功耗并簡化設計。比如：當采用功耗僅為18mW的18位1.6Msps SAR ADC LTC2379-18 時，在啟用數字增益壓縮功能的情況下，允許我們使用單電源LTC6362 ADC驅動器來驅動 LTC2379-18，在功耗僅5mW情況下，仍然實現了高達100dB的SNR(信噪比)性能。

　　有些醫療測量要求模擬電路連續運行，每秒獲取數千甚至數百萬個讀數。而其他一些應用則只要求每天獲取單個讀數。對于此類偶然的測試，模擬電路僅需上電一次并進行測量，而在一天的其余時間里則處于以低功率“睡眠”模式運行的“空閑”狀態。由于凌力爾特 SAR ADC 架構具有自動斷電特性，功耗隨采樣速率線性調節，因此采樣速率越慢消耗的功率就越少。借助一款沒有最小采樣速率要求的無延遲SAR ADC，即可采用單觸發采樣操作以降低功率耗散，從而使ADC即使在經歷了漫長的空閑周期之后也能完成準確的測量。

　　人們采用較寬的輸入范圍，以在ADC中實現較高的SNR性能，但這未必能獲得更好的輸入參考噪聲，而在諸如X射線成像和細胞分選儀等低功率、高精度應用中，輸入參考噪聲是一項很重要的性能指標。之所以希望擁有低輸入參考噪聲，是因為它能為應用提供明顯改善的有效分辨率或無噪聲代碼分辨率。有趣的是，當把一個具有8Vp-p輸入范圍的16位10Msps SAR ADC的輸入參考噪聲與凌力爾特具2.1Vp-p輸入范圍的16位20Msps流水線型ADC LTC2270進行對比時，我們發現后者的輸入參考噪聲僅為46µVrms(前者則為75µVrms)，而功耗卻幾乎是SAR ADC的一半。