美国食物与药物办理局(FDA)指出:在医疗设备工业中,家庭卫生保健是开展最快的范畴。遭到人类平均寿数延伸,缓慢病患者越来越多以及保健本钱越来越高档原因的推进,越来越多更“智能”、“友爱”的医疗设备正在进入家庭消费商场。
这些医疗保健产品包括:血糖仪、数字血压计、血气分析仪、数字脉息和心率监督器、数字温度计、怀孕测验仪、透皮给药体系、透析体系和氧浓缩器等。其间许多仪器能够用无线方法经过互联网连接到医护人员的办公室,完成对重症患者的继续在线监督和确诊。
因为医疗电子产品运用的技能越来越杂乱,为了保证包括医护人员、病患自己以及最重要的家庭用户在内的每个人都能安全有效地运用这些产品,对这些产品的规划要求越来越高,而且其间许多要求或许存在抵触。关于规划师来说,一切这一切则意味着要在给定空间的芯片或电路板上完成更多的功用,一起尽或许低地下降功率。
“在挑选用于家庭保健电子产品的IC时,规划师面临的最大的问题是怎么合理地平衡各方面问题,如小尺度、低功率、低本钱、高可靠性、长寿数和高安全性等。”Microchip公司医疗电子产品部高档司理SteveKennelly解说说,“需求多大的处理才能取决于医疗电子设备的运用者是谁。”
许多医疗电子设备的生产量都不是很大,因而很难经过自动化制作工艺获得较低的商场本钱。当然一个活跃的信号是这些产品中的单个电子器材(传感器、MCU、显示器、存储器等)的价格在不断下滑。
医疗电子设备面临的别的一个妨碍是怎么完成远高于非医疗电子设备所要求的密封性,而全面微型化使得密封性更难完成。
了解家用医疗电子设备的要求
对医师等专业人士来说操作医疗电子设备是称心如意的事,因为他们培训过这些仪器的运用。而对家庭患者来说,操作简略极其重要。走运的是,最新的高集成度芯片、杂乱的DSP和微操控器、高密度闪存和先进的微机电体系(MEMS)传感器都有助于完成这个方针。
“咱们欢迎这些看起来好像对立的要求,因为它们给咱们供给了立异的时机。”AMI半导体公司医疗业务部副总裁ToddSchneider表明,该公司的医疗电子规划许多都运用了专用规范产品(ASSP)和专用集成电路(ASIC),“咱们进入医疗电子职业现已20多年了,因而十分了解这些设备所面临的技能应战。”
取决于详细的实践运用,每种保健医疗电子产品的功用优先级设置会有所不同。例如,关于便携式血糖计(常常运用一次性化学实验带)等产品来说,低本钱是优先等级最高的参数。而便携式家用透析体系有必要将可靠性和长寿数作为规划中最优先考虑的要求,本钱则在其次。像起搏器等可植入设备有必要具有高可靠性、小体积和长寿数,而且功耗要尽或许小,本钱在这种情况下不是首要的考虑要素。
尺度十分重要
因为人们对医疗电子产品提出了很多的功用要求,工程师不得不面临各种规划权衡。这意味着他们在决议运用何种类型的传感器、模数转换器、放大和滤波、操控和数据处理、电源、显示器以及无线收发器电路时需求细心权衡。
尺度一般是首要的规划约束条件,特别是对医疗植入电子产品来说,最小的安排切入是肯定有必要的。这种植入产品一般包括一个传感器、一些信号处理电路或许一个发射器,一切这些器材需求装入微型导管或探针内然后刺进人体安排。小尺度也使医师或医护人员更简略将植入产品放进人的身体。
例如,一些包括了传感器、摄像机和射频发射器的智能药丸能够用来明晰和非侵入式地调查身体内部器官。DexCon公司的可植入式血糖监督器就选用了AMI半导体公司供给的超低功率ASIC体系级芯片,它经过402-405MHz频率规模内的射频传输功用接连监督糖尿病患者病况。
一次性血糖仪也将越来越小,现在的典型尺度与手持式个人数字助理(PDA)相同大。有些血糖仪乃至只要小型腕表那么大,但内部仍是包括了传感器、微操控器、液晶显示器(LCD)和电池。这些仪器一般运用光学或电气化学传感器丈量血糖值。患者只需刺破手指往一次性测验带上滴一滴血,血糖仪就能读出血糖值。机器和测验带的一次性运用也有必要得选用低本钱规划。
无线心电图(ECG)Holter监督仪是一个很好的微型化比如。运用ADI公司现有IC规划的这个监督器十分小,能够安装在ECG电极的背部。因为具有较低的噪声和大幅下降的搅扰信号,这种监督仪能够比传统规划供给更准确的信号。
下降功耗
更低功耗是医疗产品朝思暮想的方针,特别是电池供电和便携式家用设备。简略来说,功率下降意味着更长的电池寿数。它还能让规划师灵敏地运用更小的电池,充分发挥具有功率办理功用的最新MCU芯片的优势。
不过,低功耗并不总是与更小的电池尺度联络在一起。当运算才能要求很大时,就像耳蜗可植入听力设备那样,电池或许比电路的体积还要大。耳蜗可植入设备有必要作业在动态形式,静态的‘睡觉’形式很难运用。这些植入产品的供电一般来自配戴在耳朵外部的感应式电源,这些产品有必要运用快速时钟速率并以宽动态规模接连作业,因而要耗费很多的功率。
影响功耗的别的一个问题是IC的制作工艺。选用0.13μm工艺制作的IC具有比选用更宽线径制作的前代IC更大的漏电流和静态功耗。“咱们在制作过程中经过优化IC晶圆的化学成份来下降功耗。”AMI半导体公司的ToddSchneider表明。
下降IC的作业电压以及细心办理电容效应对削减漏电流大有协助。这正是医疗电子体系制作商选用(三维封装中)芯片堆叠方法替代在有限巨细的平面上揉捏每个器材占板面积的原因。