|
作者：UBM TechInsights公司產品營銷經理Treena Grevatt 健康護理設備的先進性著實令人激動。護理設備設計的改進能將生命體征監護功能部署到運動員和健身愛好者的手中，而更重要的是，新的病人監護設備可以提高舒適性，改善住院效果。 直到最近，生命體征監護系統的便攜性仍非常有限，因為它們體積和功耗都很大。因此臨床連續監護只能用于危重病人，60%至70%的病人只能定期監護。如果能夠實現可負擔的低功耗便攜式監護系統，病人的安全性、監護效果和舒適性都將得到顯著提高。這些屬性還能將這種設備系列擴展使用到非醫院環境中的慢性病病人監護。 來自TI公司的芯片在這類設備的演進中扮演著重要的角色。于2010年發布的ADS129x系列器件提供完整集成的模擬前端(AFE)功能，可用于病人監護、便攜式和高端心電圖(ECG)及腦電圖(EEG)設備。開發這種集成電路的工程師隊伍必須平衡一些極具挑戰性的設計目標：每通道功耗小于750uW，噪聲符合IEC的ECG標準(10uVp-p輸入)，尺寸為8mmx8mm，以便支持便攜式和一次性ECG貼片應用，以及低成本。 讓我們仔細了解一下ADS129x系列器件的其中一員ADS1298，圖1就是該器件的裸片照片。ADS1298是針對ECG/EEG應用開發的一款8通道、24位集成模擬前端。采用8mmx8mm的BGA封裝，裸片尺寸為6mmx5.6mm。經過工程師的精心版圖設計，ADS1298集成了43個分立的IC功能，組合面積可達1800mm2。 
圖1：TI的8通道、24位集成式模擬前端器件ADS1298的平面圖。在這個8mmx8mm的裸片上集成了43個獨立IC的功能。 因為這些應用中的輸入信號非常微弱，所以設計時需要特別留意輸入阻抗。差分輸入信號將經過EMI濾波模塊和低噪聲的斬波穩定PGA消除1/f噪聲(也稱為閃爍噪聲)。TI工程師在delta sigma(差和)轉換器基礎上為ADS129x系列設計了一種新的模數轉換器(ADC)內核。這種ADC特別敏感，功耗比競爭產品低3倍。另外還使用1.2V帶隙電路提供高精度的參考電壓(Vref)信號。 除了版圖方面的亮點外，我們還發現電氣隔離也是設計和處理的重點。設計中廣泛使用了去耦電容，用于實現電路模塊間的電氣隔離，而且還有三重勢阱結構實現完整的電氣隔離。 更深入了解 再深入一點，圖2顯示了ADS1298 的SEM橫截面。從圖中可以看出，ADS1298使用了魯棒性、高良率的0.35um 4層鋁Bi-CMOS工藝。Bi-CMOS工藝和低噪聲雙極放大器成就了ADS1298的低功耗和低噪聲性能。
圖2：TI ADS1298芯片的SEM橫截面圖，圖中顯示使用了成熟的、高良率且可靠的4層鋁0.35um工藝。 ADS129x系列被應用于Sotera Wireless公司的ViSi移動病人監護儀，這種監護儀于2012年4月獲得了FDA的認證。Sotera Wireless公司的第一代系統是在醫院使用的連續生命體癥監護系統。這種系統很小，可佩戴在手腕上，包括3個傳感器： 光學拇指傳感器，用于測量脈搏和SpO2 胸部傳感器，用于測量ECG/HR、呼吸和皮膚溫度 護腕模塊，用于單次膨脹或自動NIBP監護
圖3：Sotera的ViSi移動系統充分發揮了ADS1298在腕載監護儀中的小體積和更低功耗優勢(圖片來源：Sotera Wireless) 小尺寸提高了病人的舒適性和便攜性。系統的低成本能將連續監護的好處帶給更多的病人。正在開發、還未得到FDA批準的版本包括更多功能，比如無線連接。Sotera Wireless公司首席技術官Jim Moon強調了ADS129x系列器件在他們設備開發中的重要性：“用于病人監護的TI ADS1298R模擬前端使ViSi移動病人監護儀的實現成為可能。它所提供的體積減小和功耗降低是空前的�！� 醫療電子設計領域與消費電子共享許多工程技術挑戰，而且增加了很高可靠性的要求。像TI的ADS129x系列這樣的器件完全能夠應對這些挑戰，并且這個領域的技術創新非常值得期待。 |
