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从可穿戴医疗看模拟组件的集成与独立

时间:2024-05-22 17:03:17 科技赋能

说到系统级设计,无非就是模拟和混合信号电路,加上数字信号处理和控制流程。

如果没有任何链接,系统将无法工作。

对于模拟前端电路的设计,台北科技大学电子工程系李仁贵教授表示,以可穿戴设备为例,大家都希望MCU(微控制器)能够走向SoC(单芯片系统) )。

同时,我们也希望能够满足更加多元化的需求,因为在电路布局方面,芯片越少,就越能节省电路布局,在实际应用中,也能节省更多的工作负担。

但目前来看,芯片集成还存在一些难以攻克的领域。

例如,在心率测量应用中,大多数都具有 10 位或 12 位 ADC(模数信号转换器)。

它可以集成到MCU中,但如果要测量血氧,则必须使用24位ADC。

集成方面仍然存在很多困难,因此独立于 MCU 设计 ADC 是比较理想的。

不过,李仁贵进一步表示,一般来说,就可穿戴医疗电子的设计而言,元件集成度大多可以用两颗芯片来完成。

一是模拟前端电路,二是MCU本身。

目前,模拟电路前端的集成已经可以集成仪表放大器(Instrumentation Amplifier;INA)、滤波器(Filter)和可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier;PGA)。

MCU本身可以集成ADC,MCU与BLE(低功耗蓝牙)结合,这可以说是系统集成层面最干净的电路设计。

当然,从实际层面进一步讨论,将某些组件独立出来更有利于系统设计。

李仁贵表示,24位ADC通常用于心室收缩或血液回弹等系统设计中。

它们不仅必须是独立的,还必须与图像传感器或麦克风等组件集成。

匹配的目的是希望信号源能够有更高的质量。

李仁贵还指出,生理信号是一种非常慢的信号源,比如滤波器本身。

匹配的电阻和电容将占据更大的面积。

不过,在模拟前端电路集成芯片上,电阻和电容都会采用插件设计。

当然,如果滤波器本身可以动态调整,则可以针对不同的应用来调整滤波器。

例如,脑电波和血氧具有不同的波长。

因此,独立设计也是一种相对较好的做法。

李仁贵还提醒,可穿戴医疗系统的系统设计短期内可能在规格上还没有明确界定,所以一般都是由主机厂主导。

但规格确定后,这也意味着系统所需的芯片也可以一起确认。

从长远来看,集成芯片或使用SiP(系统级封装)来减小系统尺寸都不会成为问题。

他特别提醒,开发高集成度的SoC没有问题,但如果没有市场需求,那就没有意义。

他还表示,即使对于主要半导体制造商TI(德州仪器)来说,其产品也并非都是高度集成的,这意味着市场需求处于不明朗状态。