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李仁貴教授:從穿戴式醫療看模擬元件的集成與獨立

發布時間:2014-10-27 14:29    發布者:eechina
談到系統層級的設計,不外乎模擬與混合信號電路,再加上數字信號處理與控制的流程,少了哪一個環結,系統都無法運作。而在模擬前端電路的設計上,臺北科技大學電子工程系李仁貴教授便談到,以穿戴式裝置為例,大家都會希望MCU(微控制器)能朝向SoC(系統單芯片)的方向邁進,同時也希望滿足更為多元的需求,因為就電路布局而言,芯片愈少,愈能省去更多的電路布局,實務上能節省更多工作負擔。

但就目前來看,在芯片集成上還是有些地方難以克服,舉例來說,在心率量測的應用上,像是10位或是12位的ADC(模擬數字信號轉換器),大多都可以被集成在MCU中,但若是量測血氧,就必須動用到24位等級的ADC,在集成上還是有不少困難,所以將ADC獨立于MCU之外來進行設計會是較為理想的作法。

不過,李仁貴進一步談到,普遍來看,就穿戴式醫療電子的設計而言,元件的集成程度,大多用兩顆芯片就能搞定。一顆是模擬前端電路,另一顆則是MCU本身。就目前而言,模擬電路前端的集成已經可以將儀表放大器(Instrumentation Amplifier;INA)、濾波器(Filter)與可程式增益放大器(Programmable Gain Amplifier;PGA)加以集成,MCU本身則可以將ADC、MCU與BLE(藍牙低功耗)結合,這可以說是在系統集成層面上,最為干凈的電路設計了。

當然,更進一步地從實務層面來探討,還是有些元件加以獨立,對于系統設計會較為有利。李仁貴表示,像是24位的ADC,通常就會被用在心室收縮或是血液反彈這類的系統設計,它不僅要被獨立出來,同時也必須跟影像感測器或是麥克風這類元件搭配,為的就是希望在信號源可以有更高的品質。李仁貴也指出,生理信號是一種很慢的信號源,像是濾波器本身,搭配的電阻電容,其面積占比就會大一些,但在模擬前端電路集成芯片上,其電阻與電容就會采用外掛式的設計。當然,如果濾波器本身可以動態調整的話,因應不同應用,如腦波與血氧本身就有不同的波長,濾波器就能進行調整,所以采取獨立設計,也是相對較佳的作法。

而李仁貴也提醒,穿戴式醫療的系統設計,在短期內可能在規格上還無法有明確的定義,所以打前鋒的,一般來說都是OEM業者居多,但規格確定之后,這也意味著系統所需要的芯片也能一并確認,長期來看,要將芯片加以集成,或是采用SiP(系統級封裝)的作法來縮小系統體積,這都不是問題。他特別提醒,開發高度集成的SoC沒有問題,但市場沒有需求,就沒有意義可言。他也說,即便是半導體大廠TI(德州儀器),其旗下的產品也不是每顆都是高度集成,這表示了市場的需求就是處在一個不明確的狀態。

來源:CTIMES

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