半導(dǎo)體廠商角逐醫(yī)療電子 產(chǎn)品技術(shù)不斷出新

由于“新型農(nóng)村合作醫(yī)療”政策及國內(nèi)醫(yī)療設(shè)備企業(yè)的出口拉動，我國醫(yī)療電子快速發(fā)展，這吸引了各大半導(dǎo)體廠商加快醫(yī)療電子研發(fā)的步伐，推出一系列低功耗、高性能產(chǎn)品。

    亞德諾增加通用器件系列并開發(fā)新型替代技術(shù)

    針對醫(yī)療設(shè)備市場的發(fā)展趨勢，ADI(亞德諾)在產(chǎn)品上有三大研發(fā)方向：

    一是不斷增加通用器件的產(chǎn)品系列，同時注重提高產(chǎn)品的性能指標(biāo)和降低成本。例如，10Msps采樣率使AD7626成為世界上最快的16位SAR(逐次逼近寄存器)ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)，同時，92dB的信噪比、正負(fù)1LSB的積分線性誤差、正負(fù)0.3LSB的微分線性誤差、130mW的低功耗也使其成為高性能的數(shù)字X光機和MRI(核磁共振)設(shè)備的理想解決方案。

    二是開發(fā)新的替代技術(shù)產(chǎn)品。例如，iCOUPLER磁隔離產(chǎn)品替代光耦隔離，MEMS(微電子機械系統(tǒng))可以檢測線加速度和角加速度,這些新技術(shù)有助于簡化電路，優(yōu)化設(shè)計，增加可靠性，同時減小尺寸和功耗。ADuM2400系列4通道數(shù)字隔離器件，工作電壓為3V或5V，數(shù)據(jù)傳輸率可高達(dá)96Mbps，它為設(shè)備和病人的安全提供了保障，可以在心電圖機等設(shè)備中廣泛應(yīng)用。

    三是根據(jù)醫(yī)療設(shè)備的特殊需求開發(fā)專用的高集成芯片，例如超聲設(shè)備模擬前端。AD9271是業(yè)界第一顆完全集成模擬前端，單芯片產(chǎn)品集成了8通道的低噪聲放大器(LNA)、可變增益放大器(VGA)、抗混疊濾波器(AAF)以及12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，同時為連續(xù)波多普勒成像預(yù)留了信號接口。AD9271為便攜式超聲醫(yī)療診斷帶來出色的圖像品質(zhì),同時其帶來的便攜性也使得超聲設(shè)備的應(yīng)用擴展到醫(yī)院外的更多場合，使診斷更及時,而設(shè)備的可靠性也得到更大的保障。

    ADI針對醫(yī)療市場的要求，基于核心模擬和數(shù)字技術(shù)，在以上三個方面還將持之以恒地投入，不斷提高產(chǎn)品技術(shù)，降低成本，推動醫(yī)療設(shè)備技術(shù)和市場的發(fā)展。

德州儀器新推多款醫(yī)療電子模擬鏈路產(chǎn)品

    在醫(yī)療電子領(lǐng)域，TI(德州儀器)的產(chǎn)品線十分豐富。今年4月，TI宣布推出全面集成的AFE(模擬前端)系列——AFE58xx。該系列產(chǎn)品可滿足從便攜式產(chǎn)品到高端超聲波診斷設(shè)備在內(nèi)的各種應(yīng)用需求，從而進一步拓展了TI高性能模擬技術(shù)在醫(yī)療成像市場領(lǐng)域的優(yōu)勢。

    TI的AFE58xx系列具備更出色影像質(zhì)量與更低功耗的創(chuàng)新超聲波系統(tǒng)設(shè)計。該系列的首款器件AFE5805能滿足便攜式超聲波市場的特定需求，與此前的集成式解決方案相比，占用空間節(jié)省了近一半，功耗降低了20%，噪聲減小了40%。

    今年7月中旬，TI推出AFE58xx系列的第二款器件——AFE5804。該器件是面向便攜式超聲波設(shè)備的一款全面集成的新型模擬前端，是TI針對醫(yī)療超聲波領(lǐng)域?qū)橐蟮凸呐c小尺寸的超聲波系統(tǒng)而精心設(shè)計的。這款八通道AFE的功耗比同類競爭產(chǎn)品低30%以上，這不僅有助于顯著延長便攜式系統(tǒng)的電池使用壽命，而且還能進一步提升影像質(zhì)量。

    同樣在7月中旬，TI推出了適用于便攜式心電圖檢測儀等醫(yī)療電子設(shè)備的零漂移儀表放大器——INA333，該器件是高精確度、低功耗以及低電源電壓的完美結(jié)合。與性能最接近的競爭產(chǎn)品相比，該器件實現(xiàn)了最低的靜態(tài)電流與輸入偏置電流，同時具備出色的功率噪聲比、極低的失調(diào)電壓和1.8V工作電壓等眾多優(yōu)異特性，在提高精確度與穩(wěn)定性的同時還將顯著延長電池的使用壽命。

    除了模擬領(lǐng)域的放大器、ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換）、電源管理器件及接口電路之外，TI的高性能DSP(數(shù)字信號處理器)、低功耗DSP以及業(yè)界最低功耗的MCU(微控制單元)產(chǎn)品也都在醫(yī)療產(chǎn)品中找到用武之地。


    賽靈思研發(fā)醫(yī)療圖像設(shè)備和便攜設(shè)備新技術(shù)

    醫(yī)療電子市場目前有兩大趨勢：一方面由于消費者對醫(yī)療保健服務(wù)有了更高的需求，對于替代2D單色圖像設(shè)備的高分辨率和3D成像應(yīng)用的需要將更為強烈；另一方面,醫(yī)用和家用便攜式電子設(shè)備的需求在不斷增長，特別是便攜式超聲波設(shè)備和測量血糖、血壓等的便攜式設(shè)備能夠在家中方便地提供健康監(jiān)測和預(yù)防性措施，這將導(dǎo)致對低功耗低成本便攜醫(yī)療電子設(shè)備的強勁需求。

    賽靈思擁有的許多行業(yè)領(lǐng)先技術(shù)不僅可用于醫(yī)療應(yīng)用，而且為了滿足上述兩方面的發(fā)展，在不斷研發(fā)新技術(shù)。我們的Spartan和Virtex產(chǎn)品系列中的高性能DSP特別適用于高分辨率、高性能和需要3D彩色圖像的高端醫(yī)療影像設(shè)備。

    賽靈思公司的Virtex-5 FXT平臺是業(yè)界首個提供多達(dá)兩個標(biāo)準(zhǔn)的FPGA（可編程邏輯門陣列）產(chǎn)品，加上高性能DSP，對于需要高分辨率圖像處理、高性能數(shù)據(jù)分析、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備開發(fā)非常理想，采用賽靈思FPGA，開發(fā)人員還可以集成自己開發(fā)的專用IP(知識產(chǎn)權(quán))。

    賽靈思在高性能FPGA領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位，在許多行業(yè)用于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品中。在便攜式設(shè)備方面，賽靈思Spartan產(chǎn)品系列提供的FPGA可以用于低功耗和低成本應(yīng)用。同時，賽靈思的產(chǎn)品在低功耗方面業(yè)界領(lǐng)先，在支持網(wǎng)絡(luò)方面更是走在前列。CoolRunner II系列CPLD(復(fù)雜的可編程邏輯器件)是手機和其他手持設(shè)備中至今應(yīng)用數(shù)量最多的PLD(可編程邏輯器件)器件，功耗極低。Spartan-3系列器件中掛起模式和冬眠模式可以分別節(jié)省40%至99%的功耗。

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    在產(chǎn)品計劃方面，賽靈思公司將來的產(chǎn)品會更加低功耗，以更低的系統(tǒng)成本提供高速互聯(lián)功能、數(shù)字信號處理功能、嵌入式處理功能和多種IP核，為醫(yī)療產(chǎn)品的升級換代提供芯片和關(guān)鍵技術(shù)兩方面的支持。

Actel低功耗可編程器件滿足醫(yī)療電子設(shè)備需求

    Actel將繼續(xù)開發(fā)以Flash(閃存)為基礎(chǔ)的FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）產(chǎn)品，Actel IGLOO系列是業(yè)界最低功耗的可編程解決方案，靜態(tài)功耗僅為其他競爭方案的1/10到1/1700。

    在醫(yī)療儀器中，由于時鐘不斷開關(guān)，為FPGA提供輸入信號，動態(tài)功耗至關(guān)重要，因此這些高性能、具有功率意識的系統(tǒng)設(shè)計人員將繼續(xù)轉(zhuǎn)而采用靈活的、功能豐富的FPGA，以獲得低功耗和低成本等優(yōu)勢。

    醫(yī)療保健正在向基于家庭的應(yīng)用轉(zhuǎn)移，比如協(xié)助病患和消費者在家中獲得醫(yī)療監(jiān)控服務(wù)的可穿戴式智能設(shè)備。這些通常采用電池供電的應(yīng)用設(shè)備(如家庭輸液泵、去顫器、便攜式血糖及膽固醇監(jiān)控器、數(shù)字血壓監(jiān)控器，以及呼吸治療產(chǎn)品)需要低功耗和小外形尺寸，Actel的超低功耗FPGA是理想的選擇。

    主要醫(yī)療成像應(yīng)用包括X光、CT(計算機斷層攝影)與MRI(核磁共振成像)掃描儀、心電圖以及超聲波成像，這些應(yīng)用需要很高的計算能力，涉及數(shù)學(xué)和邏輯運算符的組合以及高效的存儲器存取。相比前一代ProASIC3 FPGA，Actel的ProASIC3L FPGA系列產(chǎn)品可以在高達(dá)350MHz的工作頻率下大幅降低功耗，能分別對動態(tài)和靜態(tài)功耗降低達(dá)40%和90%，從而為醫(yī)療等高性能市場領(lǐng)域的設(shè)計人員提供高速度、低功耗和低成本的靈活且功能豐富的解決方案。

    在時鐘經(jīng)常切換且為FPGA提供輸入的應(yīng)用中，動態(tài)功耗至關(guān)重要。在利用100萬門FPGA的典型高速設(shè)計中，ProASIC3L器件的動態(tài)功耗只有100mW，靜態(tài)功耗僅為1mW，而以SRAM(靜止存取功能的內(nèi)存)為基礎(chǔ)的競爭解決方案的動態(tài)功耗較其高出60%，靜態(tài)功耗更是其100倍。

    盡管有些護理和治療方式正在走入家庭，但臨床設(shè)備仍然是最大的營收領(lǐng)域，其中包括：診斷實驗設(shè)備、監(jiān)護儀、植入式胰島素泵，以及心臟起搏器。Actel的低功耗Flash FPGA，如IGLOO、IGLOO PLUS、ProASIC3L和ProASIC3系列，具有不同的密度、性能和特性，非常適合于這些應(yīng)用。Actel的FPGA以超低功耗、更高的安全性、性能和可靠性等優(yōu)勢被病患監(jiān)控系統(tǒng)選用。Actel的客戶之一，邁瑞醫(yī)療國際有限公司計劃繼續(xù)在下一代產(chǎn)品中采用Actel的解決方案，包括監(jiān)護儀設(shè)備、診斷實驗儀器和超聲波成像系統(tǒng)。

恩智浦產(chǎn)品具有小體積低功耗及通信功能

    NXP擁有豐富的產(chǎn)品線，32位及8位MCU（微控制單元）、模擬電路和接口等產(chǎn)品符合醫(yī)療設(shè)備體積小巧、低功耗以及通信功能的共性，是滿足醫(yī)療設(shè)備市場實際需求的理想選擇。例如，NXP的LPC3200系列微控制器進一步擴展了其業(yè)界最大的ARM7和ARM9微控制器產(chǎn)品線，LPC3200系列基于廣受歡迎的ARM926EJ處理器，為設(shè)計師提供一種高性能、高功耗效率的微控制器。

    為了迎合低功耗的需求，芯片采用90納米工藝，內(nèi)核1.2V電壓運行。0.9V超低功耗模式、高效的總線陣列、先進的工藝技術(shù)優(yōu)化了每個微控制器的固有功率，軟件控制的各種功能則提供了最佳功率管理，這使得嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師能夠在不損失任何性能的前提下最大限度地降低功耗，以幫助醫(yī)療設(shè)備設(shè)計人員控制功耗過高的問題。
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    為滿足高速數(shù)據(jù)處理能力的要求，LPC3200系列結(jié)合了一個矢量浮點協(xié)處理器，在標(biāo)量模式下能將計算速度提高四到五倍，在優(yōu)化矢量模式下則提高得更多，這大大提高了MCU的性能。

    為強化通信及顯示性能，LPC3200結(jié)合了高性能、低功耗和眾多的外設(shè)，被設(shè)計用來為那些要求高速并同時進行通信的應(yīng)用提供靈活性。內(nèi)置的LCD(液晶)控制器、以太網(wǎng)MAC（介質(zhì)訪問控制子層協(xié)議）、大量的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)、具有觸摸屏接口的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器A/D使得嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師能夠在不損失任何性能的前提下減少片上器件數(shù)量，并且最大限度地完善設(shè)備的性能。針對醫(yī)療電子產(chǎn)品，NXP在年內(nèi)還會推出高速率的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口產(chǎn)品以及無線傳輸器件以支持市場的發(fā)展。

凌力爾特開發(fā)低功率便攜醫(yī)療設(shè)備用ADC

    醫(yī)療市場的要求是具備高可靠性和在滿足所需性能時具備較低的功率，凌力爾特正在開發(fā)新的低功率高速ADC內(nèi)核。與普通ADC相比，這個系列的功率低得多，并提供靈活的數(shù)字輸出以在導(dǎo)線需要連接到數(shù)字控制器時減少連線數(shù)量。

    我們新的16位低功率、高分辨率ADC系列正在促進下一代便攜式醫(yī)療成像系統(tǒng)的發(fā)展，諸如LTC2203和LTC2207這樣的產(chǎn)品正用于核磁共振成像(MRI)設(shè)備和細(xì)胞分選儀。我們的兩個高速ADC系列具有業(yè)界最低的通道至通道串?dāng)_性能，用于在電動外科工具等精密醫(yī)療設(shè)備中提高冗余度。

    凌力爾特在質(zhì)量和可靠性方面聲名赫赫，這已經(jīng)使我們成為向汽車行業(yè)提供電子產(chǎn)品的領(lǐng)先供應(yīng)商，這一聲譽也幫助我們在醫(yī)療行業(yè)贏得市場地位。

    我們最新的高速ADC產(chǎn)品是16位105Msps串行ADC LTC2274。這是市面上首款運用新版JEDEC串行接口規(guī)范的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，并與眾多的FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）高速接口相兼容。這種新接口的主要好處是能減少布線所需的數(shù)字I/O(輸入/輸出)線數(shù)量，從32條LVDS(差分信號電壓)線減少至僅有一條電流模式邏輯差分線對。這簡化了布局問題，減少了數(shù)字噪聲到模擬輸入的耦合，釋放了寶貴的FPGA I/O引腳。該ADC采用纖巧6mm×6mm QFN封裝(四側(cè)無引腳扁平封裝)，在用于多通道應(yīng)用時，可幫助用戶極大地節(jié)省空間和成本。

    在中國使用這些高性能ADC面臨的主要問題是美國政府要求出口許可證。凌力爾特正在用新的信號鏈路微型模塊產(chǎn)品系列來應(yīng)對這個問題，通過向制造商提供一個完整的接收器子系統(tǒng)，凌力爾特可以繞過向中國出口高性能ADC所受的限制。今年早些時候，我們推出了這個系列的第一款產(chǎn)品LTM9001，我們還在開發(fā)更多產(chǎn)品，并正與很多中國制造商合作，以確定他們將來需要什么樣的新產(chǎn)品。
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    美國國家半導(dǎo)體提供參考設(shè)計和系統(tǒng)級解決方案

    對醫(yī)療設(shè)備來說，準(zhǔn)確性是衡量其優(yōu)劣的最重要指標(biāo)。因為此類設(shè)備關(guān)乎生命，毫厘的誤差帶來的不僅僅是謬以千里，更可能是對生命的褻瀆。

    設(shè)備的可靠性需要從三個層面來考慮：一是器件層面，在這個層面上，工程師需要考慮的是選取穩(wěn)定可靠的電子零部件；第二是子系統(tǒng)，在這個層面工程師關(guān)注的是特色功能模塊的開發(fā)。此時，工程師挑選的特色IC（集成電路）除去自身的穩(wěn)定性外，還必須與整個功能模塊匹配，從而確保子系統(tǒng)的穩(wěn)定準(zhǔn)確；第三是系統(tǒng)層面，在這個層面上，工程師需要有“大局觀”，做到合理取舍，從而確保設(shè)備的“準(zhǔn)確性”不因部分“特色功能”而犧牲。

    便攜式醫(yī)療設(shè)備在賦予患者行動自由的同時也對設(shè)備的準(zhǔn)確性提出了新的挑戰(zhàn)。醫(yī)療設(shè)備采用多種不同的傳感器來監(jiān)視病人的健康狀況，然后傳感器將生理信號轉(zhuǎn)換成電子信號供電子設(shè)備分析使用。由于醫(yī)療設(shè)備中傳輸?shù)男盘柖急容^微弱，而且還會受到諸多噪聲源的干擾，因此信號路徑設(shè)計對便攜式醫(yī)療設(shè)備就顯得格外重要了。例如，從傳感器輸出的非常微弱電流必須通過高精度的放大器才能夠把微弱的有效信號從背景噪聲中分隔出來。

    而今電子業(yè)的綠色風(fēng)潮已經(jīng)滲透到每一個角落，醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域也不例外。能源效率正在成為衡量醫(yī)療設(shè)備設(shè)計成敗的新指標(biāo)。所謂能源效率(簡稱能效)，通常的表述是性能瓦特比。對醫(yī)療設(shè)備而言，就是讓每一瓦的功率都實現(xiàn)最高的準(zhǔn)確性。在便攜式醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，“能效”的重要意義不言自明，它不僅關(guān)乎診療的準(zhǔn)確性，而且關(guān)乎“便攜”性。

    對設(shè)計師而言，一方面要采用低功耗、封裝小巧、集成度高的IC，另一方面是選擇合理的電源管理架構(gòu)。當(dāng)前的高效率開關(guān)和線性穩(wěn)壓器都可以提供較大的輸出電流、較寬的輸出電壓范圍和較高的頻率，不僅不需要使用外部補償電路，而且允許使用更小的外部無源器件。用的無源器件越小，所需的電路板面積也就越小，產(chǎn)品外形也就越小巧。

    醫(yī)療設(shè)備市場一直是美國國家半導(dǎo)體研究和關(guān)注的重要領(lǐng)域，除提供一系列經(jīng)過嚴(yán)格測試、封裝小巧、高能效的芯片外，我們還為系統(tǒng)設(shè)計工程師提供諸多設(shè)計參考、系統(tǒng)級解決方案，確保設(shè)計師可以借此設(shè)計出更高準(zhǔn)確性的“諾亞之舟”。