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以半客製化系統級封裝元件解決病患監測應用挑戰
 

【作者: Jakob Nielsen】   2016年01月20日 星期三

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行業分析Allied Market Research近期發佈的一份報告預測,全球行動醫療市場從現在起的10年間年複合增長率(CAGR)將達到33.5%。移動醫療的好處已獲廣泛認可。藉由這種技術,病人不必受限於定點照護設施(如醫院、診所等),便可自行在家監測慢性病,以及療程結束後或術後的恢復進度。



圖1 : 移動醫療技術讓病人不必受限於定點照護設施,可自行在家監測慢性病,以及療程結束後或術後的恢復進度。(資料來源:journal.ahima.org)
圖1 : 移動醫療技術讓病人不必受限於定點照護設施,可自行在家監測慢性病,以及療程結束後或術後的恢復進度。(資料來源:journal.ahima.org)

移動醫療意味著醫生和臨床醫師無須出門,就可獲得所需要的關於病人心血管問題或糖尿病的準確而全面的數據,變得非常方便,也避免了可能引起潛在創傷的環境。然而從這項技術獲益的不僅止於病人。在人口老齡化問題需要解決和資源往往非常有限的情況下,移動醫療也有利於醫療專業人員。移動醫療成為收集患者重要資訊的高效方法,同時減少了會診時間。


如今各種不同的醫療監測設備越來越盛行,包括心率監測器、血糖監測器、心電圖分析儀等。要充分利用移動醫療帶來的市場,醫療設備製造商需要技術合作夥伴的支援。


支援移動醫療的遠程監測設備需要:


1.高效能—盡量延長電池使用時間


2.小型—患者穿戴監測設備時不會感覺不適


3.高性價比—鎖定具吸引力的價位,促進更大的市場買力


4.前瞻性保證—可能需要包含附加功能,但無需衍生成本昂貴的設計更動


這些標準對醫療半導體製造商施加相當大的壓力。過去當他們面對監測/感測系統必要的IC技術時,以下是他們所提供的方案選擇:


1.將許多標準分立元件結合在一起,如放大器IC、數據轉換IC和電源管理IC。


2.考慮一個完整的客製化系統單晶片(SoC)方案。


這兩種不同的選項當然都有顯著缺點。分立方案由於是現成的元件所組成,本身已具特定的功能任務,無法進行優化。這意味著它不能達到期望的性能基準。此外,分立元件佔據電路板相對大的面積,而且功耗相當可觀。反之,客製化方案能提升性能水準,盡量縮減印刷電路板(PCB)空間,並顯著降低功耗,但需要更長的開發週期、大量前期投資,和一定程度的風險(要先確保足以支付前期開發費用的單位銷量,可能有難度)。這使醫療設計團隊陷入嚴重困境—犧牲系統性能或者承受更高成本。針對這一問題,有遠見的半導體製造商已開始尋求折衷的方法—使用整合度更高的客制SoC方案,可兼顧分立方案的快速生產週期和更低成本的優勢。


安森美半導體透過採用先進的晶片堆疊技術,已能解決這問題。公司推出了多晶片系統級封裝(SiP)方案,包含攜帶式醫療系統設計規定的許多關鍵元件。安森美半導體的Struix產品包含一個微控制器、一個客製設計的類比前端(AFE)和一個32位元專用標準產品(ASSP),交互堆疊在一個緊密的6mm x 6mm QFN封裝。


Struix ULPMC10微控制器能藉由32位元、工作頻率高達30MHz 的ARM Cortex-M3核心處理器處理數據。它可提供512k 位元晶片上快閃記憶體和24k位元靜態隨機記憶體(SRAM),可儲存重要的程式和用戶數據。它還包含一個3路輸入的12位元類比數位轉換器(ADC)、一個即時時脈、一個鎖相迴路和一個溫度感測器。它的超低動態和靜態功耗極適用於電池供電的可攜式操作—正如病患監測裝置的需求。微控制器在工作時僅消耗200 μA/MHz,待機時則低於500 nA。該方案的微控制器使其極其靈活,將來系統更新以新一代的微控制器替換即可完成,AFE不受影響。



圖2 : 安森美半導體的Struix SiP
圖2 : 安森美半導體的Struix SiP

似乎可以確定,未來幾年,技術會對我們的醫療保健方式產生更大的影響。遠程監測將可提高患者的生活品質。為實現這願景,醫療設備製造商必須提供更先進、高效能的半導體方案,以克服面臨的工程和成本問題。(本文作者Jakob Nielsen任職於安森美半導體消費者健康產品線高級經理)


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