當(dāng)前，在人口老齡化和人類平均壽命延長的趨勢下，人們更加注重醫(yī)療及保健，政府也大力推進(jìn)健康保險(xiǎn)改革，醫(yī)療支出增多。醫(yī)療設(shè)備則呈現(xiàn)出更“智能”、便攜、無線連接等個(gè)性化的發(fā)展趨勢，這需要更高集成度、小型化、高能效、嵌入無線功能的醫(yī)療半導(dǎo)體支持，可穿戴醫(yī)療也應(yīng)運(yùn)而生。
安森美半導(dǎo)體“一站式”完整的硅方案
安森美半導(dǎo)體憑借超過30年的定制硅經(jīng)驗(yàn)，將硅引入生活，提供定制的混合信號專用集成電路(ASIC)、用于系統(tǒng)小型化的先進(jìn)封裝、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(chǔ)器、增值的前后端代工服務(wù)、用于降低無線功耗的有源天線調(diào)諧、分立元件、專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)，以及相應(yīng)的軟硬件、固件等“一站式” 具備醫(yī)療級品質(zhì)及可靠性的完整方案，并針對當(dāng)前市場需求，專注于便攜式、個(gè)人醫(yī)療設(shè)備。
圖1：安森美半導(dǎo)體專注于便攜式、個(gè)人醫(yī)療設(shè)備
聽力健康
1. 趨勢
助聽器設(shè)計(jì)人員面臨尺寸、功耗及功能等多方面的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。常見的助聽器類型有耳背式(Behind-The-Ear, BTE)和耳內(nèi)式(In-The-Ear, ITE)，前者占市場銷量的75%至80%，后者占市場銷量的20%至25%。另外還有眼鏡式、口袋式和人工耳蝸等替代類型。隨著嬰兒潮一代開始采用助聽器，更小巧的耳道內(nèi)置受話器(RIC)及新的耳道內(nèi)不可見(IIC)類型更受歡迎，半導(dǎo)體廠商應(yīng)轉(zhuǎn)至65 nm或更小節(jié)點(diǎn)的工藝及采用微型化封裝技術(shù)。為助聽器添加無線通信及互通互聯(lián)功能需要互操作性及先進(jìn)的封裝技術(shù)，當(dāng)前多采用2.4 GHz、900 MHz及帶藍(lán)牙繼電器器件的近場磁感應(yīng)(NFMI)。此外，完全自動(dòng)化及更“智能”的趨勢需增加處理功率及算法復(fù)雜度，如音量控制及信號處理自動(dòng)適配聲音環(huán)境，令用戶更舒適。
圖2：助聽器款式
2. 數(shù)字助聽器工作原理
首先，由一個(gè)麥克風(fēng)接收的聲波被轉(zhuǎn)換成電信號，DSP系統(tǒng)內(nèi)的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器將信號轉(zhuǎn)換為以0和1表示的二進(jìn)制形式，該數(shù)字形式經(jīng)過DSP系統(tǒng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算進(jìn)行分析和處理，放大用戶特定的頻率，同時(shí)消除反饋和噪聲，然后該數(shù)字流被DSP系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器重新轉(zhuǎn)換為電信號，接收器將該信號重新轉(zhuǎn)換為聲波。整個(gè)過程發(fā)生在幾毫秒內(nèi)，助聽器用戶不會(huì)察覺到任何延遲。
圖3：助聽器框圖
3. 安森美半導(dǎo)體助聽器方案
安森美半導(dǎo)體傳承自20世紀(jì)70年代的助聽器行業(yè)服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，是助聽器市場領(lǐng)先的硅方案供應(yīng)商，提供典型的助聽器所需的DSP芯片、處理語音算法的軟件及外圍元件(如射頻IC、EEPROM、可充電電池的電源管理IC)，并針對市場需求研發(fā)出世界上首款無線助聽器及可充電的方案用于助聽器。
安森美半導(dǎo)體的助聽器DSP系統(tǒng)主要有Ayre、Rhythm和Ezairo三個(gè)系列，前兩個(gè)系列可提供包括先進(jìn)的信號處理算法的預(yù)配置方案，能實(shí)現(xiàn)多個(gè)混合選擇和特性捆綁，而Ezairo是完全可編程的方案，能實(shí)施專有/定制的算法。
圖4：安森美半導(dǎo)體的助聽器DSP系統(tǒng)
如無線音頻處理器Ezairo 7150 SL基于Ezairo 7100開放式可編程的24位混合信號DSP平臺，為助聽器和人工耳蝸植入提供無線連接。Ezairo 7150 SL連接范圍在5-10米之間，支持兩大先進(jìn)的無線特性：
1). 通過藍(lán)牙低功耗控制(CoBLE)，令用戶能從任何支持藍(lán)牙低功耗(BLE)的智能手機(jī)控制助聽器功能，如音量控制、程序改變、電池狀態(tài)、找到我(定位助聽器)、來電鈴聲或短信提醒等
2). 支持通過遠(yuǎn)程接收器的立體聲音頻串流。這特性使用2.4 GHz的專用協(xié)議，使用戶能從任何外部音頻設(shè)備(如智能手機(jī)、電視)串流立體聲音樂或通過遠(yuǎn)程適配器拾取聲音。
用戶可同時(shí)進(jìn)行音頻串流和藍(lán)牙低功耗控制。安森美半導(dǎo)體提供BTE無線助聽器的完整參考設(shè)計(jì)，包括軟件、硬件和固件，以簡化設(shè)計(jì)和加快上市。
移動(dòng)醫(yī)療
1. 便攜式醫(yī)療設(shè)備
根據(jù)人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國60歲以上人口所占的百分比將由1950年的8%增加到2050年的21%。這類人群由于年事已高或行動(dòng)不便，卻又需要經(jīng)常檢測身體狀況，便攜式醫(yī)療設(shè)備如血糖儀、血壓計(jì)、透皮給藥等可使用戶在家自己監(jiān)測和治療，免卻經(jīng)常外出看醫(yī)生的不便。
針對便攜式醫(yī)療應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體提供半定制的ASIC方案——Struix。該方案將定制的模擬前端(AFE)堆疊在標(biāo)準(zhǔn)的MCU上，解決特定的傳感器接口需求，同時(shí)比全定制的系統(tǒng)級芯片(SoC)方案縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和相關(guān)成本。
圖5：可穿戴醫(yī)療半定制ASIC – Struix
值得一提的是，基于Struix，安森美半導(dǎo)體可提供先進(jìn)的封裝技術(shù)用于尺寸、性能和系統(tǒng)集成度重要的醫(yī)療應(yīng)用設(shè)計(jì)，如3D封裝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。而系統(tǒng)級封裝(SiP)可簡化微型助聽器裝配流程，適用于所有助聽器類型。
2. 可穿戴技術(shù)用于醫(yī)療
可穿戴電子趨勢作為市場的熱點(diǎn)也不容忽略，其應(yīng)用主要包括健身和健康如體育運(yùn)動(dòng)和活動(dòng)監(jiān)測、心率監(jiān)測器、智能服裝、睡眠傳感器、體重指數(shù)(BMI)和生命體征，以及信息娛樂如智能手表、擴(kuò)增實(shí)境(AR)頭戴式設(shè)備、智能眼鏡、可穿戴成像設(shè)備等。安森美半導(dǎo)體在這方面也有相應(yīng)的產(chǎn)品，如串行SRAM已在索尼量產(chǎn)的智能手表中得以應(yīng)用，BelaSigna 300被嵌入高通發(fā)布的Toq智能手表，提供醫(yī)療級品質(zhì)。
安森美半導(dǎo)體用于可穿戴電子及個(gè)人消費(fèi)類音頻等應(yīng)用的音頻方案，包括可編程類和R系列兩類，具有卓越的音頻清晰度及領(lǐng)先業(yè)界的低功耗?？删幊填惾鏐elaSigna 300提供設(shè)計(jì)靈活性，計(jì)算效率高，其音頻保真度可保留細(xì)節(jié)以提供最佳音頻信號；R系列先進(jìn)的降噪特性可提供清晰無雜音的聲音 ，易于集成，可即插即用，多功能語音捕獲功能保證在任何場景使用都不降低語音。
安森美半導(dǎo)體的“一直開一直聽”語音觸發(fā)方案BelaSigna R281為電子設(shè)備添加一直開啟的語音觸發(fā)功能，且功耗低于300 μW，優(yōu)化便攜式設(shè)備的待機(jī)電池使用時(shí)間。該方案識別經(jīng)用戶培訓(xùn)后的單個(gè)觸發(fā)短語，當(dāng)檢測到關(guān)鍵短語語音時(shí)發(fā)出“喚醒”信號，然后，智能手機(jī)的原生語音識別系統(tǒng)處理該語音接口。BelaSigna R281的PCB占板面積很小，易于導(dǎo)入設(shè)計(jì)，適合用于小巧的可穿戴設(shè)備。
3. 智能醫(yī)療
在“智能醫(yī)療”的趨勢下，血糖檢測儀、起搏器和除顫器、復(fù)蘇背心等可穿戴醫(yī)療的監(jiān)測信號現(xiàn)在可通過BLE從治療或診斷設(shè)備直接到護(hù)理監(jiān)測儀，甚至到消費(fèi)者手機(jī)。智能手機(jī)將推動(dòng)病人監(jiān)護(hù)如心臟監(jiān)測、連續(xù)血糖檢測(CGM)等的增長，新的應(yīng)用程序獲監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)將推動(dòng)理療如離子導(dǎo)入、胰島素給藥、電刺激等的增長。例如LifeWatch V使用戶能夠進(jìn)行體溫、脂肪分布、壓力、心率、血氧飽和度、心電圖，以及血糖與血壓的自測并提供用藥提醒；三星的S Health應(yīng)用程序可監(jiān)測個(gè)人健身數(shù)據(jù)，跟蹤健康統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并提供用戶數(shù)據(jù)的圖形化結(jié)果。對于這類應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體將提供BLE方案，具有超低待機(jī)電流和超低功耗，工作循環(huán)快速接通，可與公司的微控制器、AFE無縫工作。
植體
植體應(yīng)用主要包括除顫器及心臟起搏器、神經(jīng)刺激器、可注射監(jiān)測器、和可吸入電子等。安森美半導(dǎo)體為植體制造商提供ASIC設(shè)計(jì)和代工、超低功耗SRAM、多通道瞬態(tài)浪涌抑制器和定制的醫(yī)療分立元件。
其中，超低功耗SRAM從64 kB至8 Mb 密度，可無限次擦寫，優(yōu)化實(shí)現(xiàn)工作電壓低至1 V的超低功耗運(yùn)行，8 Mb SRAM的漏電流典型值僅約100 nA。這是安森美半導(dǎo)體以品質(zhì)為導(dǎo)向、量產(chǎn)超過10年的成熟技術(shù)。
結(jié)論
在社會(huì)人口老齡化及相應(yīng)的體制的推動(dòng)下，可穿戴醫(yī)療成為一種趨勢。安森美半導(dǎo)體與市場緊密聯(lián)系，與時(shí)俱進(jìn)，以廣博的醫(yī)療行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)專長、豐富的知識產(chǎn)權(quán)陣容，將硅引入生活，專注于聽力健康、移動(dòng)醫(yī)療及植體等個(gè)人便攜式醫(yī)療應(yīng)用，提供低功耗、小封裝、具備無線連接及智能化特性的醫(yī)療級品質(zhì)的硅方案，并通過全球技術(shù)團(tuán)隊(duì)支援醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員進(jìn)行個(gè)性化的醫(yī)療創(chuàng)新。