从穿戴式医疗 看模拟元件的整合与独立

2015-10-09 21:52:35来源: 互联网
谈到系统层级的设计,不外乎类比与混合讯号电路,再加上数位讯号处理与控制的流程,少了哪一个环结,系统都无法运作。而在类比前端电路的设计上,台北科技大学电子工程系李仁贵教授便谈到,以穿戴式装置为例,大家都会希望MCU(微控制器)能朝向SoC(系统单晶片)的方向迈进,同时也希望满足更为多元的需求,因为就电路布局而言,晶片愈少,愈能省去更多的电路布局,实务上能节省更多工作负担。

但就目前来看,在晶片整合上还是有些地方难以克服,举例来说,在心率量测的应用上,像是10位元或是12位元的ADC(类比数位讯号转换器),大多都可以被整合在MCU中,但若是量测血氧,就必须动用到24位元等级的ADC,在整合上还是有不少困难,所以将ADC独立于MCU之外来进行设计会是较为理想的作法。

不过,李仁贵进一步谈到,普遍来看,就穿戴式医疗电子的设计而言,元件的整合程度,大多用两颗晶片就能搞定。一颗是类比前端电路,另一颗则是MCU本身。就目前而言,类比电路前端的整合已经可以将仪表放大器(Instrumentation Amplifier;INA)、滤波器(Filter)与可程式增益放大器(Programmable Gain Amplifier;PGA)加以整合,MCU本身则可以将ADC、MCU与BLE(蓝牙低功耗)结合,这可以说是在系统整合层面上,最为干净的电路设计了。

当然,更进一步地从实务层面来探讨,还是有些元件加以独立,对于系统设计会较为有利。李仁贵表示,像是24位元的ADC,通常就会被用在心室收缩或是血液反弹这类的系统设计,它不仅要被独立出来,同时也必须跟影像感测器或是麦克风这类元件搭配,为的就是希望在讯号源可以有更高的品质。李仁贵也指出,生理讯号是一种很慢的讯号源,像是滤波器本身,搭配的电阻与电容,其面积占比就会大一些,但在类比前端电路整合晶片上,其电阻与电容就会采用外挂式的设计。当然,如果滤波器本身可以动态调整的话,因应不同应用,如脑波与血氧本身就有不同的波长,滤波器就能进行调整,所以采取独立设计,也是相对较佳的作法。

而李仁贵也提醒,穿戴式医疗的系统设计,在短期内可能在规格上还无法有明确的定义,所以打前锋的,一般来说都是OEM业者居多,但规格确定之后,这也意味着系统所需要的晶片也能一并确认,长期来看,要将晶片加以整合,或是采用SiP(系统级封装)的作法来缩小系统体积,这都不是问题。他特别提醒,开发高度整合的SoC没有问题,但市场没有需求,就没有意义可言。他也说,即便是半导体大厂TI(德州仪器),其旗下的产品也不是每颗都是高度整合,这表示了市场的需求就是处在一个不明确的状态。

关键字:穿戴式  医疗

编辑:吕海英 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2015/1009/article_26508.html
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