近年來，中國人口老齡化問題加劇,，人們的預(yù)期壽命更長,。根據(jù)聯(lián)合國等機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù),，中國60歲以上人口所占比例已由1990年的8.9%提升至2012年的12.3%,，到2030年將達(dá)24.4%,。同時(shí),，心臟病,、糖尿病、哮喘乃至聽力障礙等發(fā)病率增高,。這使人們更加注重醫(yī)療保健問題,，為消費(fèi)類醫(yī)療市場帶來更大發(fā)展動力。同時(shí),，中國政府計(jì)劃到2020年實(shí)現(xiàn)全民醫(yī)保,，有利于推動醫(yī)療設(shè)備行業(yè)持續(xù)發(fā)展,。
在這種背景下,，消費(fèi)類醫(yī)療設(shè)備趨向增加“智能”及數(shù)據(jù)存儲能力,，便攜性也更強(qiáng)，同時(shí)無線/連接型醫(yī)療設(shè)備也有利于實(shí)現(xiàn)方便的長期病人監(jiān)測,，更不用提最新的人體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)也在不斷興起,。這使得應(yīng)用于醫(yī)療市場的半導(dǎo)體產(chǎn)品趨向更高集成度、小型化,、高能效,、采用標(biāo)準(zhǔn)元器件及嵌入無線功能。
目前,，中國醫(yī)療設(shè)備市場正持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展,，但市場分散，由少數(shù)大型醫(yī)療設(shè)備公司主導(dǎo),，同時(shí)也有為數(shù)眾多的較小型公司開發(fā)創(chuàng)新的醫(yī)療方案,。
安森美半導(dǎo)體為中國消費(fèi)類醫(yī)療市場提供的價(jià)值及方案
安森美半導(dǎo)體為中國消費(fèi)類醫(yī)療市場提供多種價(jià)值，使醫(yī)療技術(shù)開發(fā)人員能夠以高性能硅方案克服他們獨(dú)特的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),。首先,，安森美半導(dǎo)體針對中國消費(fèi)類醫(yī)療市場提供豐富的產(chǎn)品陣容，涵蓋助聽器數(shù)字信號處理器(DSP)系統(tǒng),、定制混合信號專用集成電路(ASIC),、分立元件，以及有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)微型化的先進(jìn)混合工藝封裝,。
其次,，安森美半導(dǎo)體擁有豐富的醫(yī)療專知、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),，包括30多年的定制硅芯片經(jīng)驗(yàn)(含高可靠性的植體應(yīng)用),、自1970年代初已服務(wù)助聽器行業(yè)、豐富的知識產(chǎn)權(quán)(IP)陣容,、完全認(rèn)證及強(qiáng)固的開發(fā)流程及技術(shù)精湛的系統(tǒng)架構(gòu)師,。
第三，安森美半導(dǎo)體提供醫(yī)療市場要求的品質(zhì),、可靠性和承諾,。安森美半導(dǎo)體提供長遠(yuǎn)的工藝及產(chǎn)品，配合延長產(chǎn)品生命周期,，還提供可追蹤能力及長期數(shù)據(jù)保留,、批量驗(yàn)收測試(LAT)、可靠性及失效分析實(shí)驗(yàn)室,、ISO 13485醫(yī)療系統(tǒng)品質(zhì)認(rèn)證,。
圖1：安森美半導(dǎo)體的重點(diǎn)醫(yī)療應(yīng)用及相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)。
安森美半導(dǎo)體的醫(yī)療應(yīng)用方案主要涵蓋植體醫(yī)療設(shè)備(如神經(jīng)刺激器、除顫器及心臟起搏器),、聽力健康(助聽器,、耳蝸植體)、臨床及指定設(shè)備(血糖監(jiān)測,、透皮給藥,、便攜式及定點(diǎn)護(hù)理(PoC)病人監(jiān)控)等，參見圖1,。
安森美半導(dǎo)體消費(fèi)類醫(yī)療應(yīng)用案例研究
安森美半導(dǎo)體為消費(fèi)類醫(yī)療應(yīng)用提供豐富的產(chǎn)品陣容,。下文將重點(diǎn)圍繞助聽器及醫(yī)療ASIC應(yīng)用進(jìn)行案例研究。
1) 助聽器案例研究
據(jù)統(tǒng)計(jì),，中國有超過1,000萬成年人患有聽力障礙,，亟需使用助聽器來改善聽力體驗(yàn)。助聽器主要包含耳背式(Behind-The-Ear, BTE)和耳內(nèi)式(In-The-Ear, ITE),。BTE助聽器又包含傳統(tǒng)BTE,、微型BTE等不同類型，其中微型BTE又演進(jìn)出了耳道內(nèi)置受話器(RIC)類型,。
傳統(tǒng)BTE助聽器尺寸較大,，外殼中內(nèi)置所有元件，采用定制及合身的耳模來確保提供可接受的聲音,，但要求采用大電池來提供大功率,，故會造成佩戴負(fù)擔(dān)。ITE助聽器的外殼比傳統(tǒng)BTE助聽器小,，其中置有所有元件,，但其電池尺寸較小，限制了輸出功率,，且長時(shí)間佩戴會不舒服,。相對而言，微型BTE外殼小巧雅致,，能隱藏在耳后,，而接收器恰好置于耳道中。這種助聽器電池尺寸小,，同時(shí)還能支持長使用時(shí)間,；而且由于接近耳道，提供極佳聲音效果,。
圖2：助聽器發(fā)展趨勢及安森美半導(dǎo)體用于微型BTE助聽器的Rhythm R3710 DSP系統(tǒng)
安森美半導(dǎo)體提供用于微型BTE助聽器的完整數(shù)字信號處理混合系統(tǒng)方案Rhythm R3710,。這器件采用符合RoHS指令的業(yè)界最小系統(tǒng)級封裝(SiP)，尺寸僅為4.57 x 3.12 x 1.52 mm,，較傳統(tǒng)混合模塊小25%,。這混合系統(tǒng)封裝內(nèi)包括處理語音算法的數(shù)字信號處理器(DSP),、EEPROM、模擬前端,、射頻芯片及無源元件,，還可根據(jù)要求集成其它IC(見圖3)。集成的24位DSP提供高于50 MIPS的運(yùn)算能力,，1.2 V工作時(shí)電流消耗低于700 μA。這SiP適合包括微型BTE助聽器在內(nèi)的所有類型助聽器,，能幫助克服助聽器組裝方面的主要電聲挑戰(zhàn),。
Rhythm R3710除了提供超小尺寸、高集成度和先進(jìn)的語音處理,，其它關(guān)鍵特性或優(yōu)勢包括：集成iSenseDetect環(huán)境分類算法(根據(jù)環(huán)境自動調(diào)節(jié)助聽器,，不需要存儲器選擇開關(guān))、超低能耗(1枚10號電池正常情況下使用10天),、自適應(yīng)降噪(提升嘈雜環(huán)境下的語音清晰度),、16頻帶音調(diào)均衡(靈活調(diào)節(jié)頻率響應(yīng)，優(yōu)化聲音品質(zhì)),、8通道壓縮器,、自適應(yīng)反饋消除(提升適配速度)等。安森美半導(dǎo)體還提供全套軟件支援,，ARK軟件易于集成到現(xiàn)有驗(yàn)配軟件中,。
圖3：安森美半導(dǎo)體業(yè)界最小混合系統(tǒng)封裝(SiP)集成了DSP裸片、EEPROM等眾多元件,。
安森美半導(dǎo)體為助聽器應(yīng)用提供寬廣陣容的DSP系統(tǒng)方案,，涵蓋兩種類型，以配合客戶的不同應(yīng)用需求,。一為預(yù)配置型,，預(yù)配置了安森美半導(dǎo)體的音頻處理算法，相關(guān)產(chǎn)品除了Rhythm R3710,，還包括Ayre SA3291,、Rhythm R3910、Rhythm SB3229,、Rhythm SB3231,、CONSOLIDAT GA3227及FOUNDATION GA3216等；一為公開可編程型,，能讓用戶使用自有的音頻處理算法,，產(chǎn)品包括EZAIRO 5900系列。
2) 定制醫(yī)療ASIC案例研究
多種因素導(dǎo)致醫(yī)療設(shè)備需要定制ASIC而非標(biāo)準(zhǔn)分立元件方案,。首先是低能耗,。電池供電的醫(yī)療設(shè)備要求更長的使用時(shí)間,。采用標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間,。相比較而言,，ASIC方案提供低能耗優(yōu)勢。其次是小尺寸,。醫(yī)療設(shè)備通常要求小巧,，以提供離散性和舒適度。使用標(biāo)準(zhǔn)元件可能令外形因數(shù)過大,，而ASIC方案以高集成度提供小尺寸優(yōu)勢,。
其三為高壓。醫(yī)療應(yīng)用的傳感器可能要求高壓偏置,，同時(shí)產(chǎn)生極低電平的信號,。使用分立元件來處理高壓及低壓時(shí)，傳感器接口電路通常太復(fù)雜且太大,；而ASIC方案能集成高壓及低壓電路,。四為低噪聲。醫(yī)療應(yīng)用的專用人體傳感器捕獲到的信號極為微弱,，應(yīng)當(dāng)提供低噪聲環(huán)境,。使用標(biāo)準(zhǔn)分立元件時(shí)，漏電流或其它不想要的電流將壓過傳感器產(chǎn)生的信號,；而ASIC方案提供高度的信號通道隔離及低噪聲,。其五，長產(chǎn)品生命周期,。醫(yī)療設(shè)備的產(chǎn)品生命周期可能超過10年,，許多標(biāo)準(zhǔn)元件在醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)行結(jié)束前已被淘汰，而像安森美半導(dǎo)體這樣的聲譽(yù)好的ASIC供應(yīng)商能夠配合長醫(yī)療產(chǎn)品生命周期,。其六,，低物料單(BOM)成本。采用分立元件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)如果元件數(shù)量太多,，則成本會高,；ASIC提供集成方案，降低系統(tǒng)成本,。
以連續(xù)血糖監(jiān)測(CGM)應(yīng)用為例,，許多糖尿病患者使用CGM來連續(xù)監(jiān)測血糖水平。在這種應(yīng)用中,，傳感器產(chǎn)生的信號為pA級,。由于漏電流的緣故，使用分立方案可能無法采集到傳感器產(chǎn)生的信號,。這種應(yīng)用要求大于2 kV的ESD保護(hù),，且無漏電流影響,，而使用標(biāo)準(zhǔn)ESD保護(hù)機(jī)制無法實(shí)現(xiàn)。此外,，傳感器尺寸必須極小,，而分立方案可能尺寸太大。不僅如此,，這類應(yīng)用要求電池最少能用6個(gè)月,，而分立方案的電流消耗可能太大，縮短產(chǎn)品生命周期,。
因此,，這類應(yīng)用需要定制ASIC。安森美半導(dǎo)體提供的CGM傳感器接口ASIC提供多重優(yōu)勢,，滿足應(yīng)用要求,。例如,，這ASIC的專有模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換方案能夠捕獲pA級電流,，同時(shí)工
作能耗極低。它還應(yīng)用專有的低漏電流半導(dǎo)體工藝(C3),，使用低漏電流的ESD保護(hù)焊盤,，ASIC尺寸小于5 mm2，不影響總體產(chǎn)品尺寸,。它的能耗也極低,，平均電流消耗低于3 μA。
圖4：安森美半導(dǎo)體應(yīng)用專有半導(dǎo)體工藝及創(chuàng)新IP設(shè)計(jì)克服血糖傳感器接口挑戰(zhàn),。
這醫(yī)療定制ASIC僅是安森美半導(dǎo)體豐富醫(yī)療定制ASIC陣容的其中一例,。安森美半導(dǎo)體當(dāng)前除了提供CGM應(yīng)用的ASIC，還提供用于血?dú)夥治鰞x,、心電圖(ECG)病人監(jiān)測系統(tǒng),、關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)測、心率監(jiān)測儀,、脈搏血氧儀及自動體外除顫儀(AED)等應(yīng)用的定制ASIC,。這類醫(yī)療應(yīng)用的客戶面臨多種挑戰(zhàn)，如需要更低功率及更小尺寸,，要求用于專有傳感器的接口,，但專有傳感器的接口需求通常不能以標(biāo)準(zhǔn)元件來滿足。安森美半導(dǎo)體則提供尺寸,、功率及成本均令客戶滿意的定制ASIC方案,，還提供標(biāo)準(zhǔn)ARM內(nèi)核，且提供模塊化服務(wù)及完整方案,。
圖5：安森美半導(dǎo)體具有豐富的高性能,、低能耗ASIC IP陣容,。
安森美半導(dǎo)體擁有三十多年的醫(yī)療應(yīng)用復(fù)雜ASIC設(shè)計(jì)及制造經(jīng)驗(yàn)、專知和技術(shù),，跟客戶的ASIC合作模式主要包括概念定義,、產(chǎn)品規(guī)劃、產(chǎn)品開發(fā),、產(chǎn)品合格驗(yàn)證及產(chǎn)品發(fā)布等主要ASIC開發(fā)流程,。在中國，安森美半導(dǎo)體也已積累了成功的醫(yī)療ASIC案例,，其中包括為邁瑞開發(fā)定制ASIC,，用于多種病人監(jiān)測設(shè)備，如多通道心電圖儀,、心率及呼吸監(jiān)視儀,、血氧飽和度(SpO2)儀等。邁瑞后續(xù)還將發(fā)布更多采用這ASIC的產(chǎn)品,。
總結(jié)：
中國消費(fèi)類醫(yī)療設(shè)備市場正持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展,，醫(yī)療設(shè)備制造商需要高性能、高能效,、低能耗,、小尺寸及長生命周期的半導(dǎo)體方案來幫助他們開發(fā)創(chuàng)新的產(chǎn)品，滿足用戶日漸增長的需求,。安森美半導(dǎo)體為中國消費(fèi)類醫(yī)療設(shè)備市場提供多種價(jià)值,，包括涵蓋助聽器數(shù)字信號處理器(DSP)系統(tǒng)、定制混合信號專用集成電路(ASIC),、分立元件以及有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)微型化之先進(jìn)封裝的豐富產(chǎn)品陣容,，豐富的醫(yī)療專知、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),，以及滿足醫(yī)療市場嚴(yán)格要求的品質(zhì),、可靠性和承諾。本文還以助聽器DSP及定制醫(yī)療ASIC為例,，分析這些產(chǎn)品的獨(dú)特優(yōu)勢及其能為客戶提供的獨(dú)特價(jià)值,，幫助客戶開發(fā)創(chuàng)新的醫(yī)療產(chǎn)品。
供稿：安森美半導(dǎo)體
參考資料：
- 安森美半導(dǎo)體聽力DSP系統(tǒng)系列www.onsemi.cn/PowerSolutions/parametrics.do?id=101769
- Rhythm R3710 DSP混合系統(tǒng)數(shù)據(jù)表
www.onsemi.cn/pub/Collateral/R3710-D.PDF
- 安森美半導(dǎo)體醫(yī)療方案小冊子