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安森美供稿 當前，在人口老齡化和人類(lèi)平均壽命延長(cháng)的趨勢下，人們更加注重醫療及保健，政府也大力推進(jìn)健康保險改革，醫療支出增多。醫療設備則呈現出更“智能”、便攜、無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)功能的醫療半導體支持，可穿戴醫療也應運而生。 安森美半導體“一站式”完整的硅方案 安森美半導體憑借超過(guò)30年的定制硅經(jīng)驗，將硅引入生活，提供定制的混合信號專(zhuān)用集成電路(ASIC)、用于系統小型化的先進(jìn)封裝、助聽(tīng)器數字信號處理(DSP)系統、定制的和半定制的超低功耗存儲器、增值的前后端代工服務(wù)、用于降低無(wú)線(xiàn)功耗的有源天線(xiàn)調諧、分立元件、專(zhuān)用標準產(chǎn)品(ASSP)，以及相應的軟硬件、固件等“一站式” 具備醫療級品質(zhì)及可靠性的完整方案，并針對當前市場(chǎng)需求，專(zhuān)注于便攜式、個(gè)人醫療設備。 
圖1：安森美半導體專(zhuān)注于便攜式、個(gè)人醫療設備 聽(tīng)力健康 1. 趨勢 助聽(tīng)器設計人員面臨尺寸、功耗及功能等多方面的設計挑戰。常見(jiàn)的助聽(tīng)器類(lèi)型有耳背式(Behind-The-Ear, BTE)和耳內式(In-The-Ear, ITE)，前者占市場(chǎng)銷(xiāo)量的75%至80%，后者占市場(chǎng)銷(xiāo)量的20%至25%。另外還有眼鏡式、口袋式和人工耳蝸等替代類(lèi)型。隨著(zhù)嬰兒潮一代開(kāi)始采用助聽(tīng)器，更小巧的耳道內置受話(huà)器(RIC)及新的耳道內不可見(jiàn)(IIC)類(lèi)型更受歡迎，半導體廠(chǎng)商應轉至65 nm或更小節點(diǎn)的工藝及采用微型化封裝技術(shù)。為助聽(tīng)器添加無(wú)線(xiàn)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)，當前多采用2.4 GHz、900 MHz及帶藍牙繼電器器件的近場(chǎng)磁感應(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(hù)更舒適。
圖2：助聽(tīng)器款式 2. 數字助聽(tīng)器工作原理 首先，由一個(gè)麥克風(fēng)接收的聲波被轉換成電信號，DSP系統內的模數(A/D)轉換器將信號轉換為以0和1表示的二進(jìn)制形式，該數字形式經(jīng)過(guò)DSP系統的數學(xué)運算進(jìn)行分析和處理，放大用戶(hù)特定的頻率，同時(shí)消除反饋和噪聲，然后該數字流被DSP系統內的數模(D/A)轉換器重新轉換為電信號，接收器將該信號重新轉換為聲波。整個(gè)過(guò)程發(fā)生在幾毫秒內，助聽(tīng)器用戶(hù)不會(huì )察覺(jué)到任何延遲。
圖3：助聽(tīng)器框圖 3. 安森美半導體助聽(tīng)器方案 安森美半導體傳承自20世紀70年代的助聽(tīng)器行業(yè)服務(wù)經(jīng)驗，是助聽(tīng)器市場(chǎng)領(lǐng)先的硅方案供應商，提供典型的助聽(tīng)器所需的DSP芯片、處理語(yǔ)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(chǎng)需求研發(fā)出世界上首款無(wú)線(xiàn)助聽(tīng)器及可充電的方案用于助聽(tīng)器。 安森美半導體的助聽(tīng)器DSP系統主要有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配置方案，能實(shí)現多個(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(zhuān)有/定制的算法。
圖4：安森美半導體的助聽(tīng)器DSP系統 如無(wú)線(xiàn)音頻處理器Ezairo 7150 SL基于Ezairo 7100開(kāi)放式可編程的24位混合信號DSP平臺，為助聽(tīng)器和人工耳蝸植入提供無(wú)線(xiàn)連接。Ezairo 7150 SL連接范圍在5-10米之間，支持兩大先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)特性： 1). 通過(guò)藍牙低功耗控制(CoBLE)，令用戶(hù)能從任何支持藍牙低功耗(BLE)的智能手機控制助聽(tīng)器功能，如音量控制、程序改變、電池狀態(tài)、找到我(定位助聽(tīng)器)、來(lái)電鈴聲或短信提醒等 2). 支持通過(guò)遠程接收器的立體聲音頻串流。這特性使用2.4 GHz的專(zhuān)用協(xié)議，使用戶(hù)能從任何外部音頻設備(如智能手機、電視)串流立體聲音樂(lè )或通過(guò)遠程適配器拾取聲音。 用戶(hù)可同時(shí)進(jìn)行音頻串流和藍牙低功耗控制。安森美半導體提供BTE無(wú)線(xiàn)助聽(tīng)器的完整參考設計，包括軟件、硬件和固件，以簡(jiǎn)化設計和加快上市。 移動(dòng)醫療 1. 便攜式醫療設備 根據人口統計數據，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(lèi)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，便攜式醫療設備如血糖儀、血壓計、透皮給藥等可使用戶(hù)在家自己監測和治療，免卻經(jīng)常外出看醫生的不便。 針對便攜式醫療應用，安森美半導體提供半定制的ASIC方案——Struix。該方案將定制的模擬前端(AFE)堆疊在標準的MCU上，解決特定的傳感器接口需求，同時(shí)比全定制的系統級芯片(SoC)方案縮短設計時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險和相關(guān)成本。
圖5：可穿戴醫療半定制ASIC – Struix 值得一提的是，基于Struix，安森美半導體可提供先進(jìn)的封裝技術(shù)用于尺寸、性能和系統集成度重要的醫療應用設計，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(guò)縮減信號距離大大節省空間并提升電氣性能。而系統級封裝(SiP)可簡(jiǎn)化微型助聽(tīng)器裝配流程，適用于所有助聽(tīng)器類(lèi)型。 2. 可穿戴技術(shù)用于醫療 可穿戴電子趨勢作為市場(chǎng)的熱點(diǎn)也不容忽略，其應用主要包括健身和健康如體育運動(dòng)和活動(dòng)監測、心率監測器、智能服裝、睡眠傳感器、體重指數(BMI)和生命體征，以及信息娛樂(lè )如智能手表、擴增實(shí)境(AR)頭戴式設備、智能眼鏡、可穿戴成像設備等。安森美半導體在這方面也有相應的產(chǎn)品，如串行SRAM已在索尼量產(chǎn)的智能手表中得以應用，BelaSigna 300被嵌入高通發(fā)布的Toq智能手表，提供醫療級品質(zhì)。 安森美半導體用于可穿戴電子及個(gè)人消費類(lèi)音頻等應用的音頻方案，包括可編程類(lèi)和R系列兩類(lèi)，具有卓越的音頻清晰度及領(lǐng)先業(yè)界的低功耗�？删幊填�(lèi)如BelaSigna 300提供設計靈活性，計算效率高，其音頻保真度可保留細節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(wú)雜音的聲音 ，易于集成，可即插即用，多功能語(yǔ)音捕獲功能保證在任何場(chǎng)景使用都不降低語(yǔ)音。 安森美半導體的“一直開(kāi)一直聽(tīng)”語(yǔ)音觸發(fā)方案BelaSigna R281為電子設備添加一直開(kāi)啟的語(yǔ)音觸發(fā)功能，且功耗低于300 μW，優(yōu)化便攜式設備的待機電池使用時(shí)間。該方案識別經(jīng)用戶(hù)培訓后的單個(gè)觸發(fā)短語(yǔ)，當檢測到關(guān)鍵短語(yǔ)語(yǔ)音時(shí)發(fā)出“喚醒”信號，然后，智能手機的原生語(yǔ)音識別系統處理該語(yǔ)音接口。BelaSigna R281的PCB占板面積很小，易于導入設計，適合用于小巧的可穿戴設備。 3. 智能醫療 在“智能醫療”的趨勢下，血糖檢測儀、起搏器和除顫器、復蘇背心等可穿戴醫療的監測信號現在可通過(guò)BLE從治療或診斷設備直接到護理監測儀，甚至到消費者手機。智能手機將推動(dòng)病人監護如心臟監測、連續血糖檢測(CGM)等的增長(cháng)，新的應用程序獲監管機構批準將推動(dòng)理療如離子導入、胰島素給藥、電刺激等的增長(cháng)。例如LifeWatch V使用戶(hù)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應用程序可監測個(gè)人健身數據，跟蹤健康統計數據，并提供用戶(hù)數據的圖形化結果。對于這類(lèi)應用，安森美半導體將提供BLE方案，具有超低待機電流和超低功耗，工作循環(huán)快速接通，可與公司的微控制器、AFE無(wú)縫工作。 植體 植體應用主要包括除顫器及心臟起搏器、神經(jīng)刺激器、可注射監測器、和可吸入電子等。安森美半導體為植體制造商提供ASIC設計和代工、超低功耗SRAM、多通道瞬態(tài)浪涌抑制器和定制的醫療分立元件。 其中，超低功耗SRAM從64 kB至8 Mb 密度，可無(wú)限次擦寫(xiě)，優(yōu)化實(shí)現工作電壓低至1 V的超低功耗運行，8 Mb SRAM的漏電流典型值僅約100 nA。這是安森美半導體以品質(zhì)為導向、量產(chǎn)超過(guò)10年的成熟技術(shù)。 結論 在社會(huì )人口老齡化及相應的體制的推動(dòng)下，可穿戴醫療成為一種趨勢。安森美半導體與市場(chǎng)緊密聯(lián)系，與時(shí)俱進(jìn)，以廣博的醫療行業(yè)經(jīng)驗和設計專(zhuān)長(cháng)、豐富的知識產(chǎn)權陣容，將硅引入生活，專(zhuān)注于聽(tīng)力健康、移動(dòng)醫療及植體等個(gè)人便攜式醫療應用，提供低功耗、小封裝、具備無(wú)線(xiàn)連接及智能化特性的醫療級品質(zhì)的硅方案，并通過(guò)全球技術(shù)團隊支援醫療設備設計人員進(jìn)行個(gè)性化的醫療創(chuàng )新。 |
