當前，在人口老齡化和人類平均壽命延長的趨勢下，人們更加注重醫(yī)療及保健，政府也大力推進健康保險改革，醫(yī)療支出增多。醫(yī)療設備則呈現出更“智能”、便攜、無線連接等個性化的發(fā)展趨勢，這需要更高集成度、小型化、高能效、嵌入無線功能的醫(yī)療半導體支持，可穿戴醫(yī)療也應運而生。
安森美半導體“一站式”完整的硅方案
安森美半導體憑借超過30年的定制硅經驗，將硅引入生活，提供定制的混合信號專用集成電路(ASIC)、用于系統小型化的先進封裝、助聽器數字信號處理(DSP)系統、定制的和半定制的超低功耗存儲器、增值的前后端代工服務、用于降低無線功耗的有源天線調諧、分立元件、專用標準產品(ASSP)，以及相應的軟硬件、固件等“一站式” 具備醫(yī)療級品質及可靠性的完整方案，并針對當前市場需求，專注于便攜式、個人醫(yī)療設備。
圖1：安森美半導體專注于便攜式、個人醫(yī)療設備
聽力健康
1. 趨勢
助聽器設計人員面臨尺寸、功耗及功能等多方面的設計挑戰(zhàn)。常見的助聽器類型有耳背式(Behind-The-Ear, BTE)和耳內式(In-The-Ear, ITE)，前者占市場銷量的75%至80%，后者占市場銷量的20%至25%。另外還有眼鏡式、口袋式和人工耳蝸等替代類型。隨著嬰兒潮一代開始采用助聽器，更小巧的耳道內置受話器(RIC)及新的耳道內不可見(IIC)類型更受歡迎，半導體廠商應轉至65 nm或更小節(jié)點的工藝及采用微型化封裝技術。為助聽器添加無線通信及互通互聯功能需要互操作性及先進的封裝技術，當前多采用2.4 GHz、900 MHz及帶藍牙繼電器器件的近場磁感應(NFMI)。此外，完全自動化及更“智能”的趨勢需增加處理功率及算法復雜度，如音量控制及信號處理自動適配聲音環(huán)境，令用戶更舒適。
圖2：助聽器款式
2. 數字助聽器工作原理
首先，由一個麥克風接收的聲波被轉換成電信號，DSP系統內的模數(A/D)轉換器將信號轉換為以0和1表示的二進制形式，該數字形式經過DSP系統的數學運算進行分析和處理，放大用戶特定的頻率，同時消除反饋和噪聲，然后該數字流被DSP系統內的數模(D/A)轉換器重新轉換為電信號，接收器將該信號重新轉換為聲波。整個過程發(fā)生在幾毫秒內，助聽器用戶不會察覺到任何延遲。
圖3：助聽器框圖
3. 安森美半導體助聽器方案
安森美半導體傳承自20世紀70年代的助聽器行業(yè)服務經驗，是助聽器市場領先的硅方案供應商，提供典型的助聽器所需的DSP芯片、處理語音算法的軟件及外圍元件(如射頻IC、EEPROM、可充電電池的電源管理IC)，并針對市場需求研發(fā)出世界上首款無線助聽器及可充電的方案用于助聽器。
安森美半導體的助聽器DSP系統主要有Ayre、Rhythm和Ezairo三個系列，前兩個系列可提供包括先進的信號處理算法的預配置方案，能實現多個混合選擇和特性捆綁，而Ezairo是完全可編程的方案，能實施專有/定制的算法。
圖4：安森美半導體的助聽器DSP系統
如無線音頻處理器Ezairo 7150 SL基于Ezairo 7100開放式可編程的24位混合信號DSP平臺，為助聽器和人工耳蝸植入提供無線連接。Ezairo 7150 SL連接范圍在5-10米之間，支持兩大先進的無線特性：
1). 通過藍牙低功耗控制(CoBLE)，令用戶能從任何支持藍牙低功耗(BLE)的智能手機控制助聽器功能，如音量控制、程序改變、電池狀態(tài)、找到我(定位助聽器)、來電鈴聲或短信提醒等
2). 支持通過遠程接收器的立體聲音頻串流。這特性使用2.4 GHz的專用協議，使用戶能從任何外部音頻設備(如智能手機、電視)串流立體聲音樂或通過遠程適配器拾取聲音。
用戶可同時進行音頻串流和藍牙低功耗控制。安森美半導體提供BTE無線助聽器的完整參考設計，包括軟件、硬件和固件，以簡化設計和加快上市。
移動醫(yī)療
1. 便攜式醫(yī)療設備
根據人口統計數據，中國60歲以上人口所占的百分比將由1950年的8%增加到2050年的21%。這類人群由于年事已高或行動不便，卻又需要經常檢測身體狀況，便攜式醫(yī)療設備如血糖儀、血壓計、透皮給藥等可使用戶在家自己監(jiān)測和治療，免卻經常外出看醫(yī)生的不便。
針對便攜式醫(yī)療應用，安森美半導體提供半定制的ASIC方案——Struix。該方案將定制的模擬前端(AFE)堆疊在標準的MCU上，解決特定的傳感器接口需求，同時比全定制的系統級芯片(SoC)方案縮短設計時間，降低開發(fā)風險和相關成本。
圖5：可穿戴醫(yī)療半定制ASIC – Struix
值得一提的是，基于Struix，安森美半導體可提供先進的封裝技術用于尺寸、性能和系統集成度重要的醫(yī)療應用設計，如3D封裝在同一封裝將不同的硅芯片和分立元件連接在一起，通過縮減信號距離大大節(jié)省空間并提升電氣性能。而系統級封裝(SiP)可簡化微型助聽器裝配流程，適用于所有助聽器類型。
2. 可穿戴技術用于醫(yī)療
可穿戴電子趨勢作為市場的熱點也不容忽略，其應用主要包括健身和健康如體育運動和活動監(jiān)測、心率監(jiān)測器、智能服裝、睡眠傳感器、體重指數(BMI)和生命體征，以及信息娛樂如智能手表、擴增實境(AR)頭戴式設備、智能眼鏡、可穿戴成像設備等。安森美半導體在這方面也有相應的產品，如串行SRAM已在索尼量產的智能手表中得以應用，BelaSigna 300被嵌入高通發(fā)布的Toq智能手表，提供醫(yī)療級品質。
安森美半導體用于可穿戴電子及個人消費類音頻等應用的音頻方案，包括可編程類和R系列兩類，具有卓越的音頻清晰度及領先業(yè)界的低功耗。可編程類如BelaSigna 300提供設計靈活性，計算效率高，其音頻保真度可保留細節(jié)以提供最佳音頻信號；R系列先進的降噪特性可提供清晰無雜音的聲音 ，易于集成，可即插即用，多功能語音捕獲功能保證在任何場景使用都不降低語音。
安森美半導體的“一直開一直聽”語音觸發(fā)方案BelaSigna R281為電子設備添加一直開啟的語音觸發(fā)功能，且功耗低于300 μW，優(yōu)化便攜式設備的待機電池使用時間。該方案識別經用戶培訓后的單個觸發(fā)短語，當檢測到關鍵短語語音時發(fā)出“喚醒”信號，然后，智能手機的原生語音識別系統處理該語音接口。BelaSigna R281的PCB占板面積很小，易于導入設計，適合用于小巧的可穿戴設備。
3. 智能醫(yī)療
在“智能醫(yī)療”的趨勢下，血糖檢測儀、起搏器和除顫器、復蘇背心等可穿戴醫(yī)療的監(jiān)測信號現在可通過BLE從治療或診斷設備直接到護理監(jiān)測儀，甚至到消費者手機。智能手機將推動病人監(jiān)護如心臟監(jiān)測、連續(xù)血糖檢測(CGM)等的增長，新的應用程序獲監(jiān)管機構批準將推動理療如離子導入、胰島素給藥、電刺激等的增長。例如LifeWatch V使用戶能夠進行體溫、脂肪分布、壓力、心率、血氧飽和度、心電圖，以及血糖與血壓的自測并提供用藥提醒；三星的S Health應用程序可監(jiān)測個人健身數據，跟蹤健康統計數據，并提供用戶數據的圖形化結果。對于這類應用，安森美半導體將提供BLE方案，具有超低待機電流和超低功耗，工作循環(huán)快速接通，可與公司的微控制器、AFE無縫工作。
植體
植體應用主要包括除顫器及心臟起搏器、神經刺激器、可注射監(jiān)測器、和可吸入電子等。安森美半導體為植體制造商提供ASIC設計和代工、超低功耗SRAM、多通道瞬態(tài)浪涌抑制器和定制的醫(yī)療分立元件。
其中，超低功耗SRAM從64 kB至8 Mb 密度，可無限次擦寫，優(yōu)化實現工作電壓低至1 V的超低功耗運行，8 Mb SRAM的漏電流典型值僅約100 nA。這是安森美半導體以品質為導向、量產超過10年的成熟技術。
結論
在社會人口老齡化及相應的體制的推動下，可穿戴醫(yī)療成為一種趨勢。安森美半導體與市場緊密聯系，與時俱進，以廣博的醫(yī)療行業(yè)經驗和設計專長、豐富的知識產權陣容，將硅引入生活，專注于聽力健康、移動醫(yī)療及植體等個人便攜式醫(yī)療應用，提供低功耗、小封裝、具備無線連接及智能化特性的醫(yī)療級品質的硅方案，并通過全球技術團隊支援醫(yī)療設備設計人員進行個性化的醫(yī)療創(chuàng)新。