便攜醫(yī)療電子：新一代集成式AFE方案將組件數量與功耗銳降97%
宋浩然，德州儀器（TI）中國區(qū)高性能模擬產品業(yè)務拓展經理
隨著中國人口老齡化、居民財富的增長以及醫(yī)療條件的改善，中國高端醫(yī)療電子市場的需求大幅提升，然而，中國醫(yī)療支出占GDP的比例只有5%左右，相比之下美國的這一比例為17%，法國和德國均為12%，所以中國醫(yī)療市場還具有非常大發(fā)展空間。近年來，中國便攜醫(yī)療電子市場增長勢頭非常迅猛。賽迪顧問《中國醫(yī)療電子行業(yè)戰(zhàn)略研究》報告指出：2010年，中國便攜醫(yī)療電子市場規(guī)模達208.7億元，同比增長28.5%，其中家用便攜醫(yī)療電子市場的份額則達到65.0%，是中國便攜醫(yī)療電子市場最具影響力的組成部分。
便攜醫(yī)療電子市場空間巨大
首先，根據管理咨詢機構貝恩公司(bain&co)預測，中國醫(yī)療行業(yè)將以每年平均15%的速度增長,到2015年將達到6000億美元左右。貝恩公司稱,在2007年到2009年之間,中國醫(yī)療市場增幅比全球市場高出4倍多。其次，中國人口老齡化進程加快：根據2010年全國人口普查結果,目前逾13%的人口年齡在60歲以上。第三，十二五規(guī)劃中的許多內容聚焦于提高生活水平和擴大醫(yī)保覆蓋范圍，中國基層醫(yī)療設施短缺。最后，人們對醫(yī)療、健康、生活質量、疾病護理等方面提出了越來越高的要求，醫(yī)療和健康領域正在漸漸從關注疾病治療向保健方向轉變。因此，這將為醫(yī)療電子帶來非常廣闊的增長空間。有數據顯示，中國便攜醫(yī)療電子市場的年復合增長率已連續(xù)5年保持在20%-30%的增長。
所有便攜式產品都需要采用低功耗微處理器來接收用戶或操作員的指令，并提供讀數與狀態(tài)更新。由于幾乎所有此類產品都依靠電池運行，因而不斷延長電池使用壽命成為需要重點考慮的事項。盡管這些產品在電池使用壽命需求方面各有不同，不過一般電池更換間隔在2~10年之間。另外，這些受空間限制的產品通常需要采用高度集成的模擬組件，以便將信號調節(jié)和轉換至能夠對其進行處理和譯碼的數字域。
半導體企業(yè)面臨挑戰(zhàn)
便攜式醫(yī)療領域的需求給半導體企業(yè)帶來了挑戰(zhàn)。雖然工程設計無外乎是在相對立的功能、規(guī)范以及空間限制條件之間進行取舍，但是這種平衡取舍在便攜式醫(yī)療領域往往非常棘手。醫(yī)療市場的相關需求往往很難協調，如小尺寸與高功能性、低功耗與高性能模擬，以及超長電池使用壽命與高處理能力等。其次，個人保健醫(yī)療用品正朝著多功能化方向發(fā)展，未來集多種功能于一體的醫(yī)療電子產品將越來越受到市場青睞。因此客戶希望芯片供應商能提供更高集成度、更高性價比、低功耗的解決方案和產品。
醫(yī)療超聲系統(tǒng)對模擬前端的接收電路也提出了更高的要求。如何根據系統(tǒng)對模擬前端的要求，從系統(tǒng)層面對相關的參數進行優(yōu)化，集成LNA、VCA、PGA，降低外界信號干擾，提高系統(tǒng)性能，從而更好的滿足系統(tǒng)需求，這也是芯片制造商一直面對的挑戰(zhàn)。在超聲波系統(tǒng)領域，TI于2008年推出全面集成的模擬前端AFE58xx系列便解決了上述問題，幫助制造商節(jié)省系統(tǒng)成本，促進新技術的形成。
醫(yī)療電子方面，TI產品更加專業(yè)化、集成化，模擬電路設計大大簡化，此外，TI在數字和模擬上廣泛的產品線以及多年來在相關應用領域積累的知識是TI可以為國內客戶提供全面系統(tǒng)級的支持，大大簡化客戶設計，縮短設計時間，幫助客戶產品快速上市。其次，作為全球領先的醫(yī)療電子解決方案提供商，TI能夠提供全面的醫(yī)療電子解決方案，涵蓋了醫(yī)療成像系統(tǒng)、消費類醫(yī)療設備、醫(yī)療儀器、病患監(jiān)控、診斷及治療設備等方方面面。TI一直致力于開發(fā)用于提高醫(yī)療設備的質量和便攜性的技術，推動創(chuàng)新型醫(yī)療電子向更加靈活、實惠和便攜的方向發(fā)展，滿足醫(yī)療電子對功耗和性能（精度與準確度）的苛刻要求。
TI AFE集成式方案功耗銳降95%
近年來TI加大了對醫(yī)療電子產品的開發(fā)力度，之前推出的諸多產品已在市場中引起強大反響。例如：
我們的ADS1298R是基于市場反應非常好的ADS1298產品系列推出的新產品，它是業(yè)界首批支持片上呼吸阻抗測量的全面集成型模擬前端 (AFE)。這個24位AFE集成了40多個分立組件，既可簡化便攜式心電圖 (ECG) 設備中呼吸檢測功能的實現，又可將組件數量銳減97%。而且該產品功耗極低，比分立式方案低95%。
ADS1298 系列與分立式方案相比，不但可將組件數量與功耗銳降 97%，同時還可支持呼吸、ECG 及心率監(jiān)控以及非侵入式血壓與病患體溫監(jiān)控等高級功能，極大地滿足了人們對醫(yī)療電子產品多功能的需求。
面向中高端頻譜多普勒超聲波設備，TI的解決方案包括具有連續(xù)波 (CW) 多普勒混頻器的集成型模擬前端 AFE5807 與AFE5808。該 AFE5807 與 AFE5808 具有 0.75 nV/rtHz 的最佳噪聲性能，可充分滿足超聲波設計人員對出色性能及影像質量的需求。此外，集成型 CW 模式還可在超聲波影像中測量并顯示血流速度。上述最新器件比同類競爭解決方案小 25%，可為更高通道數量的解決方案確保緊湊的系統(tǒng)外形。
TI 每年都會推出多款針對醫(yī)療市場的新品，近期就推出了一款具有業(yè)界最佳噪聲性能與最低功耗模數轉換器ADS5294，其可在5 MHz下支持75.5 dBFS最佳信噪比 (SNR)，其采樣速率高達80 MSPS，可充分滿足設計人員對高電源效率低成本設計的需求。ADS5294在80 MSPS下具備高性能且能提供單位通道77mW的最低功耗，還集成有數字處理塊、低頻噪聲抑制模式以及可編程輸入至輸出映射功能。所有這些特性都可幫助設計人員在更小的封裝中集成更多功能，從而開發(fā)更小的醫(yī)療影像系統(tǒng)。
在便攜醫(yī)療電子領域，基于TI超低功耗[!--empirenews.page--]微控制器(MCU) MSP430的便攜醫(yī)療電子解決方案廣泛應用于市場當中。目前已有的應用包括便攜式血糖儀、便攜式血氧測量儀器、便攜式心電儀器以及便攜式數字溫度計等多種。TI MSP430 MCU具備高集成度、高性能處理、低成本以及超低功耗等特點所以大量應用于便攜式醫(yī)療電子產品。
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