日前，ADI已經(jīng)宣布完成了對(duì)于美信(現(xiàn)已并入ADI)的收購。在收購之初，ADI CEO Vincent T. Roche就曾經(jīng)表示：“ADI 和Maxim廣泛的產(chǎn)品組合具有高度互補(bǔ)性，我相信Maxim在工業(yè)領(lǐng)域真正幫助我們的地方在于我們的自動(dòng)化和醫(yī)療保健領(lǐng)域的特許經(jīng)營(yíng)權(quán)（franchises）。”

如今隨著并購結(jié)束，原Maxim事業(yè)部正在加速針對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域的創(chuàng)新。ADI(以下均指原Maxim)日前宣布推出臨床級(jí)模擬前端 AFE MAX86178以及單電感多輸出(SIMO)PMIC MAX77659，全方位的助力醫(yī)療市場(chǎng)客戶實(shí)現(xiàn)醫(yī)療級(jí)別的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)產(chǎn)品及服務(wù)。

關(guān)鍵生命體征傳感技術(shù)助力遠(yuǎn)程醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)

Maxim Integrated (現(xiàn)已并入Analog Devices) 工業(yè)與醫(yī)療健康事業(yè)部醫(yī)療健康產(chǎn)品線總經(jīng)理Andrew Baker對(duì)EEWORLD表示，關(guān)鍵生命體征傳感技術(shù)的創(chuàng)新加速了醫(yī)療數(shù)據(jù)采集的需求和準(zhǔn)確度，也使得人們對(duì)醫(yī)療健康監(jiān)護(hù)的獲取有了更全面的途徑?？纱┐麽t(yī)療健康設(shè)備持續(xù)的新增更多臨床檢測(cè)功能，從而使遠(yuǎn)程病人監(jiān)護(hù)有了更全面更綜合的方案。

Andrew 援引Yole Development 2020年的預(yù)測(cè)報(bào)告指出，醫(yī)療健康可穿戴產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模將從2019年的3.47億件，會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)到2025年能達(dá)到7.54億件，年復(fù)合增長(zhǎng)率為14%。

全面的遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)可以更好的監(jiān)測(cè)關(guān)鍵生命體征，可幫助疾病預(yù)測(cè)預(yù)防以及慢性病的管理。目前全球醫(yī)療費(fèi)用規(guī)模已超9萬億美元，隨著遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)技術(shù)的普及，可以有效降低治療及監(jiān)護(hù)成本，改善護(hù)理結(jié)構(gòu)以及提升生活質(zhì)量。并且，通過與大數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步結(jié)合，還可以在診療，提高藥效等方面進(jìn)行更好的決策。

Andrew以目前幾款流行的可穿戴設(shè)備為例，介紹了遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)的發(fā)展近況。

最常見的要數(shù)腕式穿戴設(shè)備，用來檢測(cè)不規(guī)則心臟活動(dòng)或心率失常、心房顫動(dòng)等情況。

其次是體戴式醫(yī)療貼片，能檢測(cè)多種類型的心率失常疾病，以及慢性疾病的監(jiān)測(cè)。比如可用來監(jiān)測(cè)慢性阻塞性肺病COPD，持續(xù)的監(jiān)測(cè)及干預(yù)能有效的減小病情惡化和重癥住院治療的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，包括戒指等新形態(tài)的穿戴設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)24*7無感知監(jiān)測(cè)，對(duì)用戶非常友好。

生命體征傳感技術(shù)需要強(qiáng)大的模擬前端

作為溝通人體與信息系統(tǒng)的唯一通道，模擬前端將直接影響到數(shù)據(jù)的采集及之后的分析。醫(yī)療健康傳感器IC利用電流或光檢測(cè)人體的生命體征。這些生物傳感器對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，并將信號(hào)傳輸?shù)轿⒖刂破魃希员銓?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、計(jì)算或在健康監(jiān)測(cè)設(shè)備上進(jìn)行顯示。

ADI的醫(yī)療健康傳感器方案涵蓋便攜式醫(yī)療設(shè)備、可穿戴醫(yī)療設(shè)備、以及健身應(yīng)用。這些傳感器具有低功耗的優(yōu)勢(shì)，可有效延長(zhǎng)電池壽命。這些高度集成的傳感器IC具有模擬前端(AFE)、ADC和ESD/EMI保護(hù)電路，可以有效減少整個(gè)解決方案使用的芯片數(shù)量。Maxim的PPG和ECG測(cè)量產(chǎn)品符合臨床級(jí)性能要求，AFE具有低信噪比的高動(dòng)態(tài)范圍，支持各種應(yīng)用的完整光學(xué)模塊并且內(nèi)置算法，可顯著減少方案的芯片使用量。

最新推出的臨床級(jí) AFE MAX86178，包含三種采集系統(tǒng)——光學(xué)、心電和生物阻抗，支持4種生命體征測(cè)試功能——ECG、心率、血氧飽和度和呼吸率，滿足可穿戴監(jiān)護(hù)儀對(duì)于小型化的需求，可應(yīng)用于包括心律失常監(jiān)護(hù)貼片、新冠檢測(cè)貼片、一次性心電圖監(jiān)測(cè)器、可穿戴傳染病監(jiān)護(hù)、可穿戴患者監(jiān)護(hù)儀等廣泛場(chǎng)景中。

如圖所示，不同的生命體征傳感可實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用案例

MAX86178內(nèi)置的PPG 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最多支持 6 個(gè) LED 和 4 個(gè)光電二極管輸入。 LED 可通過兩個(gè)高電流 8 位 LED 驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行編程。接收路徑有兩個(gè)低噪聲、高分辨率通道，每個(gè)通道都包括獨(dú)立的 20 位 ADC 和環(huán)境光消除 (ALC) 電路，從而實(shí)現(xiàn)高性能的集成光學(xué)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

ECG 通道集成 EMI 濾波、導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)、右腿驅(qū)動(dòng)和內(nèi)置自檢的校準(zhǔn)電壓功能。 ECG 通道還具有高輸入阻抗、低噪聲、高 CMRR、可編程增益、抗混疊低通濾波器和高分辨率 ADC。滿足IEC 60601-2-47 動(dòng)態(tài)心電圖系統(tǒng)監(jiān)測(cè)合規(guī)性要求。

BioZ 接收通道具有 EMI 濾波和廣泛的校準(zhǔn)功能。 BioZ 接收通道還具有高輸入阻抗、低噪聲、可編程增益、低通和高通濾波器選項(xiàng)以及高分辨率 ADC。有多種生成輸入激勵(lì)的模式：平衡方波/灌電流、正弦波電流以及正弦波和方波電壓激勵(lì)。提供多種振幅和頻率選擇。

MAX86178 具有 DC 和 AC 導(dǎo)聯(lián)脫落檢測(cè)、靈活的定時(shí)系統(tǒng)和 PLL。所有三個(gè)傳感器通道都是同步運(yùn)行的，可完成最準(zhǔn)確及時(shí)的檢測(cè)。

Andrew表示，與此前的MAX86176產(chǎn)品相比，MAX86178 增加了BioZ 傳感，因此可增加呼吸系統(tǒng)的檢測(cè)。此外，MAX86178可以配合ADI的單片機(jī)、藍(lán)牙、電池管理、溫度傳感器等器件，可獲得較完整的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

可穿戴設(shè)備需要更高效的電源管理系統(tǒng)

如果說模擬前端是溝通人體與系統(tǒng)的橋梁，那么電源管理則是發(fā)動(dòng)機(jī)，為所有電子系統(tǒng)提供所需的電力。

Maxim Integrated (現(xiàn)已并入Analog Devices) 電池電源方案事業(yè)部多功能電源產(chǎn)品線執(zhí)行總監(jiān)Karthi Gopalan表示，隨著電池供電的便攜式診斷儀器不斷涌現(xiàn)，電源管理也要與生物傳感器進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，這意味著在不犧牲傳感器信號(hào)準(zhǔn)確度的情況下，保證最少的噪聲、功耗和尺寸。

Karthi表示，隨著可穿戴設(shè)備的功能越來越強(qiáng)大，各種處理器、傳感器數(shù)量增多，電源電壓軌隨之變得更加復(fù)雜，這就需要集成度更高的PMIC芯片進(jìn)行配合。

ADI最新推出的單電感多輸出(SIMO)MAX77659，根據(jù)ADI提供的數(shù)據(jù)，相比離散方案，可以減少50%的方案尺寸，BOM減少60%，延長(zhǎng)20%的電池壽命，并加快4倍的充電速度。 

MAX77659集成了一個(gè)Buck Boost充電器以及三個(gè)獨(dú)立可編程的Buck Boost穩(wěn)壓器。采用了SIMO架構(gòu)，使得所有開關(guān)電路可以共用一個(gè)電感，最大程度的縮減了方案尺寸。這些穩(wěn)壓器通過高于91%的重載效率和低至5μA的靜態(tài)電流，極大延長(zhǎng)了電池壽命。MAX77659還提供100mA LDO，為噪聲敏感電路如音頻等部分供電，該LDO可以配置為負(fù)載開關(guān)，以便在不需要時(shí)通過斷開外部負(fù)載來管理功耗。

MAX77659高度可配置的開關(guān)充電器支持廣泛的鋰電池，并包括電池溫度監(jiān)測(cè)以提高安全性（符合JEITA標(biāo)準(zhǔn)）。該設(shè)備包括兩個(gè)GPIO和一個(gè)模擬多路復(fù)用器，將多路內(nèi)部電壓和電流切換至外部節(jié)點(diǎn)，便于利用外部ADC進(jìn)行監(jiān)測(cè)。雙向I2C接口允許配置和檢查器件的狀態(tài)。內(nèi)部開/關(guān)控制器為調(diào)節(jié)器提供受控的啟動(dòng)順序，并為工作中的器件提供監(jiān)控功能。豐富的出廠可編程選項(xiàng)允許針對(duì)眾多應(yīng)用定制器件，支持較快的上市時(shí)間。

與傳統(tǒng)的DC-DC方案相比，SIMO電源轉(zhuǎn)換器架構(gòu)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間與保持高效率的特點(diǎn)，從而有效延長(zhǎng)電池壽命。通過單電感提供多路輸出，SIMO架構(gòu)與低靜態(tài)電流穩(wěn)壓器IC有效延長(zhǎng)空間受限、電池供電產(chǎn)品的電池壽命。

在傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)中，開關(guān)穩(wěn)壓器的每路輸出都需要一個(gè)獨(dú)立電感。這些電感體積大、成本高，不利于實(shí)現(xiàn)小尺寸封裝。為減小尺寸，有快速、緊湊和低噪聲特點(diǎn)的線性穩(wěn)壓器成為另一選擇，但損耗較大。還有一種選擇是混合使用多路低壓差穩(wěn)壓器(LDO)和DC-DC轉(zhuǎn)換器，但設(shè)計(jì)的體積比單獨(dú)使用LDO體積大。

SIMO架構(gòu)則可通過共用電感，將原本需要多個(gè)分立元件的功能集成到較小封裝中。此外，SIMO架構(gòu)的各個(gè)輸出軌道公用同一個(gè)輸入引腳，因此還可以共享旁路電容器，從而進(jìn)一步減少BOM。

光學(xué)傳感器使用集成LED測(cè)量血氧的反射飽和度、脈搏率或其他生命體征。為了產(chǎn)生足夠的強(qiáng)度，LED需要在更高的電壓范圍內(nèi)運(yùn)行（4V至5V），這比鋰電池的典型范圍大。設(shè)計(jì)師會(huì)面臨艱難選擇：給系統(tǒng)增加一個(gè)降壓器，這需要增加IC；或者添加電感和電容器，這會(huì)占用寶貴的空間；或者犧牲信噪比，但是會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。SIMO的Buck Boost體系結(jié)構(gòu)則可很好地解決這一問題，高達(dá)5.5V的輸出可以輕松驅(qū)動(dòng)LED。

SIMO的最小輸入電壓為2.7V，可最大限度地利用可用電池容量。

SIMO共享電感具有分時(shí)復(fù)用功能： 由于每個(gè)輸出軌道所需要的電感電流峰值發(fā)生在不同時(shí)間，對(duì)電感飽和電流電流的要求得到了有效降低。

ADI的SIMO轉(zhuǎn)換器通常達(dá)到了占位面積和散熱之間的最佳平衡，其結(jié)構(gòu)既擁有DC-DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢(shì)，又具有單個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器+多個(gè)集成LDO架構(gòu)的外形尺寸。此外，通過減少電感，也消除了電感之間的空隙，進(jìn)一步降低總外形尺寸。

此外，ADI還提供SIMO計(jì)算器以幫助用戶平衡SIMO相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)。

MAX77659除了可應(yīng)用在醫(yī)療可穿戴設(shè)備上，包括TWS、藍(lán)牙耳機(jī)、智能可穿戴設(shè)備、腕表、助聽器等市場(chǎng)。

值得一提的是，針對(duì)不同的便攜設(shè)備，其系統(tǒng)內(nèi)部使用的元器件種類不同，ADI推出過一系列SIMO架構(gòu)的PMIC，從而應(yīng)對(duì)不同的設(shè)備，以最小的成本獲得最佳面積、效率和電池壽命表現(xiàn)。

“醫(yī)療市場(chǎng)接下來將會(huì)以患者為中心，診斷及護(hù)理體系將從碎片化向數(shù)據(jù)化、科學(xué)化、移動(dòng)快捷的醫(yī)療保障系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，這對(duì)于底層的半導(dǎo)體技術(shù)來講，也將是一次巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。”

Maxim在醫(yī)療市場(chǎng)的積累

2012年，原Maxim就曾在中國(guó)展示高集成度遠(yuǎn)程診斷、體征監(jiān)測(cè)服(Fit)參考設(shè)計(jì)。此后，隨著遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，原Maxim在醫(yī)療健康領(lǐng)域（尤其是可穿戴設(shè)備）收獲頗豐。

也正因此，原Maxim甚至曾設(shè)立Maxim Venture，該投資基金的Slogan為“超越芯片”。通過利用美信的技術(shù)、關(guān)系和資本，幫助醫(yī)療保健相關(guān)行業(yè)的初創(chuàng)公司，實(shí)現(xiàn)一個(gè)更健康的世界。

正如原Maxim高級(jí)副總裁、Maxim Venture負(fù)責(zé)人Chris Neil所說，收集和分析測(cè)量數(shù)據(jù)絕非易事，為了預(yù)防性診療、虛擬護(hù)理、預(yù)測(cè)性監(jiān)測(cè)、疾病管理等方面的知識(shí)，業(yè)界需要醫(yī)療級(jí)的小型化，低功耗可穿戴設(shè)備，高集成度的經(jīng)濟(jì)型集成芯片，高分辨率超聲圖像收發(fā)器和高性能傳感器信號(hào)鏈，以及包括生物阻抗、光、電、溫度測(cè)量等全面的傳感器支持。

對(duì)于針對(duì)可穿戴醫(yī)療設(shè)備的創(chuàng)業(yè)型企業(yè)來說，Maxim Venture可以提供包括傳感器、模擬、安全和隱私加密、以及低功耗和電源管理方案在內(nèi)的產(chǎn)品及方案的全方位支持。