根據法國市場研究公司Yole Development 2020年發表的報告顯示,醫療健康可穿戴產品的市場規模從2019年的2.47億件,會持續增長到2025年能達到7.50億件,這個增長主要的驅動在醫療類穿戴市場和消費類穿戴市場,這兩個驅動力都有共同的潛在需求,那就是對多項關鍵生命體征的監測,這對系統供貨商入和模擬半導體芯片供貨商來說都是一次非常大的機遇。
高精度高度整合的生命體征測量
照片人物:Maxim Integrated (現已并入Analog Devices公司)工業與醫療健康事業部醫療健康產品線總經理Andrew Baker
在電子行業的技術帶動下,醫療保健市場發生了巨大的變化,大家開始嘗試各種穿戴式的生命體征測量設備,時刻關注自身的健康,同時醫療服務機構也可以根據這些設備搜集到的資料,對人們的健康狀況進行評估,預測可能會發生的疾病。
Maxim Integrated (現已并入Analog Devices公司) 工業與醫療健康事業部醫療健康產品線總經理Andrew Baker指出,全球的總體花費遭遇通貨膨脹的速度增加,當前的總量約9萬億美元,借助可穿戴設備進行連續的遠程監護,可以做到一些重大疾病的早期檢測,這些早期檢測和診斷結果,讓患者離成功治愈更近一步,治療結果也能更好。更好的治療結果反過來講,也降低了整體的治療成本,提升了病患的健康指數和幸福指數。
十年前,生命體征監護應用主要出現在醫院和專業救援單位,如救護車和直升機。最大的市場是床邊監護儀和重癥監護室的監護儀。這些高端系統支持多導聯心電圖測量、氧飽和度、體溫和CO 2,并測量其他幾個參數。如今,可穿戴生命體征監護系統使醫生可以遠程監控患者。
ADI宣布推出MAX86178三系統生命體征模擬前端(AFE),一片即可測量四項生命體征信號,簡化可穿戴遠程病人監測(RPM)設備的設計。該單芯片AFE整合三種測量系統(光學、ECG和生物阻抗),可獲取四項常見生命體征:心電圖 (ECG或EKG)、心率 (ECG或光學PPG)、血氧飽和度 (SpO2)和呼吸率(采用BioZ)。MAX86178支持光學PPG和ECG同步定時,幫助測量衍生健康指標。此外,下一代可穿戴PRM需要工作在較低功耗,以支持使用更小的電池或延長電池壽命,滿足更方便的充電要求。為了支持超低功耗特性,MAX86178為每個子系統提供可配置的選項,以優化具體應用場景下的電池壽命。
Andrew Baker表示,更為重要的是,這顆芯片提供的生命體征測量能力,能夠達到臨床精度等級,這將為疾病預防和慢病管理提供更具價值的數據。
解決穿戴式設備的用電焦慮
醫療設備設計者希望用尺寸更小、功耗更低、方便在家中或辦公室持續穿戴的無線設備代替基于辦公室的健康監護系統,以降低每年與健康相關的支出。
Maxim Integrated (現已并入Analog Devices)電池電源方案事業部執行總監Karthi Gopalan
“現在整體的健康監測和健康狀況的追蹤都慢慢的逐漸從醫院診所逐漸轉向每家每戶的’醫櫥’,大家逐漸開始有意識的去使用這些可穿戴式的產品來追蹤他們各項體征資料比如心率,血氧飽和度最大涉氧量作為他們日常生活的一部分。”Maxim Integrated (現已并入Analog Devices)電池電源方案事業部執行總監Karthi Gopalan
這意味著大量電池供電設備的場景。
“在保證設備精度的前提下,我們不希望使用者反反復復的需要擔心他們的電池沒電了,反復的進行充電。充電也同樣重要,如果電池已經沒有電了,我們又急著想要用,那么快速充電就是非常急需的一個功能”Karthi Gopalan補充說。
MAX77659單電感多輸出(SIMO)電源管理IC (PMIC),整合開關模式升/降壓充電器,為可穿戴、耳戴式和物聯網(IoT)設備充電,比當前市場中的其他PMIC更快、體積更小。MAX77659 SIMO PMIC只需充電10分鐘即可提供超過4小時的續航時間,器件采用單電感為多個電源軌供電,將材料清單 (BOM) 減少60%,總方案尺寸減小50%。
Maxim MAX77659 SIMO PMIC
為穿戴式設備引入AI加速器
“消費類醫療電子,著重在緊跟時代步伐上,以多功能、新功能為賣點,研發方面除了自主研發,為加速產品上市時間,也會采取直接與第三方方案商合作的方式,同時提供一站式方案。” 安森美(onsemi)醫療部門資深應用工程師楊雪芳表示。
安森美醫療與無線部門深耕醫療半導體數十年,連續性血糖儀IC以及助聽器IC是業內最負盛名的產品,兼顧性能、功耗與產品質量。
安森美在2021年最新推出的Ezairo 8300系列助聽器IC,采用22 nm技術,功耗更低,支持神經網絡模塊植入和多種傳感器接口,在保持功耗仍然為1 mA左右下增加了AI加速器內核,以實現AI邊緣化檢測功能。助力未來助聽市場以及可助聽的真無線耳機(TWS)產品創新。
Ezairo 8300系列助聽器IC可實現AI邊緣化檢測功能
安森美利用針對助聽器開發的超低功耗技術,推出的用于可攜式醫療設備互聯的BLE超低功耗藍牙芯片RSL10,最小封裝為2.3 mm * 2.3 mm,深度睡眠功耗低至50 nA,同時擁有雙核架構(ARM3 + LPDSP32),為可穿戴設備提供可靠省電的無線連接。
可攜式醫療設備互聯的BLE超低功耗藍牙芯片
穿戴式MCU功耗再創新低
新一代超低功耗微控制器STM32U5*系列,滿足穿戴、個人醫療等對低功耗有嚴格高要求的智能應用設備。STM32U5系列應用高能效的Arm Cortex-M33內核,集成意法半導體專有的創新節能技術和片上IP,在提升系統性能的同時極大降低了系統功耗。新產品系列應用各類新的設計,匹配現代應用發展,其中有,先進的網絡安全功能,支持PSA和SESIP(物聯網平臺安全評估標準) 3級保證標準的安全硬件,還有圖形加速器可實現功能豐富的圖形用戶界面提升用戶體驗。
STM32U5*系列,滿足對低功耗有嚴格高要求的智能應用設備
在功耗控制方面,STM32U5系列引入了一個創新的自控模式,可以讓直接存儲訪問(DMA)控制器和外圍設備在大多數設備休眠時保持正常工作,以節省電能。精細的操作模式控制可以關閉MCU的部分內存,避免給閑置單元供電。
通過集成一個先進的DC/DC電壓轉換器和低壓降(LDO)穩壓器,系統可以靈活選擇內核供電方式,從而將STM32U5將動態功耗降低到19µA/MHz以下。