李仁贵教授：从穿戴式医疗看模拟元件的集成与独立
发布时间：2014-10-27 14:29
发布者：eechina
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谈到系统层级的设计，不外乎模拟与混合信号电路，再加上数字信号处理与控制的流程，少了哪一个环结，系统都无法运作。而在模拟前端电路的设计上，台北科技大学电子工程系李仁贵教授便谈到，以穿戴式装置为例，大家都会希望MCU（微控制器）能朝向SoC（系统单芯片）的方向迈进，同时也希望满足更为多元的需求，因为就电路布局而言，芯片愈少，愈能省去更多的电路布局，实务上能节省更多工作负担。 但就目前来看，在芯片集成上还是有些地方难以克服，举例来说，在心率量测的应用上，像是10位或是12位的ADC（模拟数字信号转换器），大多都可以被集成在MCU中，但若是量测血氧，就必须动用到24位等级的ADC，在集成上还是有不少困难，所以将ADC独立于MCU之外来进行设计会是较为理想的作法。 不过，李仁贵进一步谈到，普遍来看，就穿戴式医疗电子的设计而言，元件的集成程度，大多用两颗芯片就能搞定。一颗是模拟前端电路，另一颗则是MCU本身。就目前而言，模拟电路前端的集成已经可以将仪表放大器（Instrumentation Amplifier；INA）、滤波器（Filter）与可程式增益放大器（Programmable Gain Amplifier；PGA）加以集成，MCU本身则可以将ADC、MCU与BLE（蓝牙低功耗）结合，这可以说是在系统集成层面上，最为干净的电路设计了。 当然，更进一步地从实务层面来探讨，还是有些元件加以独立，对于系统设计会较为有利。李仁贵表示，像是24位的ADC，通常就会被用在心室收缩或是血液反弹这类的系统设计，它不仅要被独立出来，同时也必须跟影像感测器或是麦克风这类元件搭配，为的就是希望在信号源可以有更高的品质。李仁贵也指出，生理信号是一种很慢的信号源，像是滤波器本身，搭配的电阻与电容，其面积占比就会大一些，但在模拟前端电路集成芯片上，其电阻与电容就会采用外挂式的设计。当然，如果滤波器本身可以动态调整的话，因应不同应用，如脑波与血氧本身就有不同的波长，滤波器就能进行调整，所以采取独立设计，也是相对较佳的作法。 而李仁贵也提醒，穿戴式医疗的系统设计，在短期内可能在规格上还无法有明确的定义，所以打前锋的，一般来说都是OEM业者居多，但规格确定之后，这也意味着系统所需要的芯片也能一并确认，长期来看，要将芯片加以集成，或是采用SiP（系统级封装）的作法来缩小系统体积，这都不是问题。他特别提醒，开发高度集成的SoC没有问题，但市场没有需求，就没有意义可言。他也说，即便是半导体大厂TI（德州仪器），其旗下的产品也不是每颗都是高度集成，这表示了市场的需求就是处在一个不明确的状态。 来源：CTIMES |
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