來源：安森美半導體

　　摘要：多種市場動力在推動便攜醫療設備的發展。安森美半導體深刻理解便攜醫療設備要求及市場趨勢，提供多種高性能、高集成度、高精度、高可靠性及低能耗的半導體方案，如混合信號微控制器、數字信號處理器及數字信號處理混合模塊，用于便攜式血糖儀、心電圖儀及無線助聽器等應用。

　　近年來，隨著人口老齡化及醫療成本上升的壓力推動著轉向家庭醫療保健。此項轉變，加上人們對保健的興趣日益增加及智能聯網型便攜設備的普及，正在推動醫療設備的創新。就中國而言，本土醫療設備研發不斷增多，且本土制造商極力提供成本低于外國競爭者的產品。面向中國市場的醫療設備也在不斷追求提升可靠性（準確度和精密度）、便攜性及耐久性，同時也注重內置“智能”，提升醫療設備的易用性。這些趨勢推動著醫療半導體朝更高集成度、小型化和高能效等方向發展。

　　安森美半導體提供寬廣陣容的產品及服務，擁有掌握系統專業技術的工程人才，深刻理解醫療市場對品質、可靠性及長遠性的要求，以及全球性的生產及物流實力，使醫療技術開發人員能夠以安森美半導體高性能硅方案，解決他們獨特的設計挑戰。本文將著重介紹安森美半導體配合中國消費類醫療設備趨勢的醫療半導體方案。

　　1） 用于血糖儀等便攜醫療設備的Q32M210 32位混合信號MCU方案

　　近年來，有關中國糖尿病現狀的案例研究表明，由于生活方式及飲食結構變化，中國的糖尿病呈上升趨勢。相關因素包括西式飲食模式影響、缺少運動，以及中國由農業國家向更加工業化國家轉變并催生更多寫字樓工作崗位等。這些因素需要血糖儀（BGM）用于個人的監測、變化趨勢分析及與醫生的溝通，推動了血糖儀的使用和銷售。

　　
圖1：Q32M210的架構圖。

　　安森美半導體提供用于血糖儀等便攜檢測及精密測量和監控設備的32位混合信號微控制器（MCU）—— Q32M210。這器件是高精度的模擬前端，采用業界標準ARM? Cortex?-M3處理器內核，集成16位低噪聲模數轉換器（ADC），能夠進行更精密的血糖等級計算。Q32M210的能耗極低，待機電流低于26 μA，休眠電流約為750 nA，幫助延長電池使用時間，非常適合采用電池供電的便攜醫療設備應用。這器件集成度高，除了集成32位ARM處理器內核，還帶有集成參考的傳感器接口，包含256 kB閃存、實時時鐘、電源管理和接口。如此高的集成度，有利于降低系統復雜度，減小外部元器件需求，降低成本，支持更小外形因數的PCB設計及實現尺寸更小的血糖儀。這器件的靈活性高，兼容寬范圍傳感器類型，不需要新的外部電路來匹配新的血糖檢測試紙類型，還易于集成、標準化及連接。除了用于血糖儀，Q32M210還可用于心率監測儀及健康監測設備等應用。

　　
圖2：傳統架構與安森美半導體優化架構對比

　　值得一提的是，Q32M210支持實現極優化的血糖儀架構。典型架構如圖2左側所示，這種架構精度高、簡單，但不靈活。右側的優化架構不僅精度高，還具有強固特性，并可重配置。為了幫助設計人員回憶產品開發，安森美半導體還提供多種開發工具，包括硬件演示板和快速開發原型、評估及開發套件和EDK文檔等。

　　2） 用于便攜監視及診斷醫療設備的BelaSigna?系列超低能耗DSP系統

　　如前所述，醫療市場的趨勢推動便攜醫療監視及診斷設備的需求不斷增強，如心電圖（ECG）等。這類設備對便攜性的需求越來越高，同時也需要整合更多數字信號處理（DSP）功能，以提供實時處理能力。例如，患者可能需要較長時間佩戴或攜帶便攜式ECG設備，以便采集一系列長期心率數據。這類便攜ECG設備對帶寬的要求往往不高，同時由于采用電池供電，故要求DSP能耗較低。針對這類便攜醫療設備應用，安森美半導體提供BelaSigna?系列的超低能耗DSP系統，如BelaSigna? 250和BelaSigna? 300等。

　　BelaSigna?系列是完全可編程的DSP，優化了尺寸、功耗、信號完整性及運算功率。以BelaSigna? 300為例，這是一款尺寸僅為3.6×2.6 mm的24位超低功率DSP，它以固定功能專用集成電路（ASIC）的功耗和尺寸提供通用數字信號處理器（DSP）的靈活性，增添的先進模擬音頻輸入及24位信號通道可實現極佳的音頻質量，獨特的專利雙核架構實現回聲消除和噪聲消減等眾多先進音頻算法同時運行，并能維持極低的功率消耗。圖3顯示的是BelaSigna? 300的框圖。這器件采用雙內核計算，其中包括開放可編程的CFX 24位DSP內核及HEAR高度可配置的協處理器，這雙內核平衡處理功率并優化能耗及設計靈活性。這器件提供高精度的模擬輸入段，包括4路獨立輸入通道，提供110 dB的動態范圍，模數轉換器（ADC）的采樣率達1.27 至60 kHz。這器件的能耗極低，供電電壓低至1.8 V，待機電流僅為40 μA，典型能耗為1至5 mA，非常適合便攜式ECG設備等應用。

　　
圖3：BelaSigna? 300 DSP系統框圖。

　　3） 用于助聽器的預配置無線DSP系統方案

　　有關中國聽力健康現狀的案例研究顯示，中國有超過1，000萬成年人患有聽力減退。美國的研究顯示，由于受到過度噪音的影響，6至19歲兒童及青少年中有12.5%存在永久性聽力上損害，中國城市地區的研究顯示出類似結果。中國成年聽力減退者中估計僅1%使用助聽器，相比較而言，歐洲為16%，美國為25%，這也可以看出中國助聽器市場潛力巨大。

　　助聽器主要分耳背式（Behind The Ear， BTE）和耳內式（In the Ear， ITE），適合不同年齡和不同需要的患者配戴。前者包含傳統BTE、微型BTE和耳道內置受話器（Receiver In Canal， RIC）等不同類型；而后者則包括全/3/4/半耳腔式ITE、耳道內置、深耳道（Completely In the Canal， CIC）及耳道內不可見（Invisible In Canal， IIC）等類型。

　　
圖4：助聽器主要類型概覽。

　　助聽器的發展趨勢主要體現在三方面。一是趨向分立及“不可見”。更小巧的耳道內置受話器（RIE）及新的耳道內不可見（IIC）類型在美國“嬰兒潮”一代開始采用助聽器時更受歡迎。二是增加無線通信及連接功能。當前采用的無線通信及連接技術包括2.4 GHz、900 MHz及帶藍牙繼電器的近場磁感應（NFMI）等。三趨向完全自動化及更高“智能”程度。諸如音量控制及信號處理自動適配聲音環境，因而更有效，令用戶更方便。要滿足這些趨勢，醫療半導體制造商需要轉移至65 nm或更小節點工藝及微型化封裝技術，需要互操作性及先進的封裝技術，增加處理功率及算法復雜度等。

　　
圖5：無線助聽器框圖

　　安森美半導體為無線助聽器應用提供預配置的無線DSP系統，包括Ayre? SA3291混合模塊及AYRE中轉器參考設計等。這些預配置DSP系統提供多種混合選擇及功能包，支持所有助聽器產品類型，非常適合于要求極少編程配置、要求即可應用的助聽器制造商。

　　安森美半導體Ayre SA3291助聽器數字信號處理混合模塊采用完整特性的助聽器算法套件、預配置聽覺處理器和NFMI高帶寬集成雙工無線電，天線是唯一需要的外部元器件，并可同步左耳及右耳參數。而安森美半導體的Ayre中轉器參考設計支持立體聲音頻流、持藍牙、音量控制和程序選擇。安森美半導體的助聽器數字信號處理軟件具有幾個明顯的特性，如寬動態范圍壓縮，可柔和放大聲音，且不會使增大的聲音令人不適，可針對個體的聽力減退情況提供個性化定制；反饋消除器可消除由反饋產生的部分助聽器輸出信號，并通過相位消除來自適應地消除；自適應方向可自動適配極性模式，根據噪聲位置調節；利用環境分類持續分析聲音環境，自動調節助聽器將舒適度和可聽性提升至最高。

　　為方便工程師設計，安森美半導體還提供軟件開發工具（網上工具），幫助選擇及配置算法，創建定制助聽器；對電聲特性建模、測試算法、微調等。如果客戶開發驗配軟件，可提供接口通信庫文件；如果客戶沒有驗配軟件，可提供驗配軟件的定制化。硬件開發工具包括DSP編程器和開發板。

　　除了預配置DSP方案，安森美半導體還為助聽器應用提供Ezairo? 5900系列開放可編程的DSP系統。此DSP系統提供可高度定制的混合功能配置選擇，非常適合于開發自有創新算法或應用第三方供應商提供的全定制算法的助聽器制造商。

　　
圖6：無線助聽器應用示意圖

　　總結

　　中國乃至全球的便攜醫療設備市場正在不斷蓬勃發展。這些便攜醫療設備需要高精度、高可靠性、高能效、低能耗的關鍵半導體器件，同時也注重內置“智能”，提升醫療設備的易用性。安森美半導體身為領先的半導體供應商，深刻理解醫療市場對品質、可靠性及長遠性的要求，提供寬廣陣容的醫療半導體產品及方案。本文重點介紹安森美半導體適合便攜式血糖儀、心電圖儀及無線助聽器等應用的高性能、高能效及高可靠性半導體方案及豐富的軟硬件開發工具和支援，幫助設計人員開發符合市場要求的便攜醫療產品，并加快產品上市進程。