醫(yī)療設(shè)備設(shè)計研發(fā)

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醫(yī)療設(shè)備設(shè)計研發(fā)范文第1篇

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關(guān)鍵詞：醫(yī)療電子；模擬；MCU；連接器

DOI： 10.3969/ j.issn.1005-5517.2013.12.002

醫(yī)療對高性能模擬混合信號的挑戰(zhàn)

ADI公司亞太區(qū)醫(yī)療行業(yè)市場經(jīng)理王勝指出，醫(yī)療設(shè)備種類眾多，其要求也各不相同，但其共性都包括：高集成度，低功耗，小體積，系統(tǒng)級方案以及專業(yè)的技術(shù)和商務(wù)服務(wù)，當(dāng)然，合理的價格也是成功的必要因素之一。

便攜醫(yī)療領(lǐng)域的各類電子醫(yī)療設(shè)備要求電子元器件更高的集成度，更小的尺寸以及更低的功耗；高端醫(yī)療設(shè)備要求更快的速度，更高的精度，更緊湊的高集成度，當(dāng)然更好的穩(wěn)定性和安全性以及合理的價格控制已成為共性的需求。

除了傳統(tǒng)的個人醫(yī)療電子設(shè)備如血壓計、血糖儀等因其技術(shù)和市場都已很成熟，從而受到全球消費者的認可外，其他新的技術(shù)和應(yīng)用也將帶動未來的便攜式消費類醫(yī)療電子設(shè)備市場的發(fā)展。例如，針對個人和家庭應(yīng)用的生命體征信號檢測等。在2013年，值得關(guān)注的的變化是在越來越多的傳統(tǒng)的非醫(yī)療保健類的消費電子產(chǎn)品中嵌入生命體征信號檢測的功能。

目前，中國本土醫(yī)療設(shè)備制造商正逐步向中高端高技術(shù)附加值的方向開發(fā)產(chǎn)品，如高端彩超、多層CT以及高端監(jiān)護類產(chǎn)品等去擴大國內(nèi)外的市場份額，我們期望能看到越來越多的接近并達到同行業(yè)最高技術(shù)水平和產(chǎn)品性能的本土品牌不斷涌現(xiàn)。但我們認為這些成功絕不是技術(shù)盲目效仿的結(jié)果，而是能夠找到自身的技術(shù)優(yōu)勢和特點，針對特定的細分市場而開發(fā)出具有技術(shù)和性能競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品。單一的低成本已不再是贏得市場的唯一法寶，其在技術(shù)、產(chǎn)品定位和市場策略方面的創(chuàng)新同樣至關(guān)重要。當(dāng)然，我們必須把握開發(fā)成本相對較低，項目開發(fā)及執(zhí)行效率較高的優(yōu)勢，也要迎合市場發(fā)展的新需求，例如移動及便攜式的發(fā)展，確實擴大新產(chǎn)品的投入，爭取早進入，早引領(lǐng)，并獲得快回報。

醫(yī)療設(shè)備制造商要想進入市場并在市場上保持長期增長，進而不斷增加市場份額， 通常有兩個方面需要注意：其一是要有核心技術(shù)，其二是要有良好的市場策略和營銷渠道。而兩者都要與時俱進，不斷地進行創(chuàng)新。

醫(yī)療保健是趨勢

Maxim Integrated戰(zhàn)略市場事業(yè)部醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用總監(jiān)John DiCristina指出，全球范圍內(nèi)醫(yī)療保健的費用支出很高且在不斷增長。如果能夠使醫(yī)療保健系統(tǒng)更接近病患，并最終走入家庭，將有效降低醫(yī)療保健成本、提高收益、提升生活質(zhì)量，這種可預(yù)測性醫(yī)療保健系統(tǒng)將是發(fā)展的趨勢。讓越來越多的人擁有現(xiàn)代化醫(yī)療保健產(chǎn)品，因此對便攜性的要求也越來越高。在醫(yī)療保健市場，醫(yī)療設(shè)備聯(lián)網(wǎng)越來越普及，數(shù)據(jù)可以處處共享，安全就成了大問題，醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)商將更多的注意力轉(zhuǎn)向安全保護，確保患者隱私、數(shù)據(jù)的真實性、患者安全以及設(shè)備生產(chǎn)商自身保護。

高精度模擬的重要性

高技術(shù)硬件（如集成電路，IC）的哪些特征會在不斷變化的醫(yī)療市場中取得競爭優(yōu)勢呢？“在我看來，答案非常簡單，但不很明顯。”Exar高性能模擬產(chǎn)品應(yīng)用工程副總裁 Craig Swing說。我們生活在一個數(shù)字世界，但人類不是數(shù)字。人類是模擬生物，我們有5種感官：視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺，這才是模擬的核心。數(shù)字仿真如視頻、音頻和許多觸摸屏應(yīng)用程序等許多東西，仍通常需要系統(tǒng)里的某種模擬數(shù)字電路（ADC），或數(shù)字模擬電路（DAC），才使其工作。這就意味著要采用數(shù)字處理中必要的數(shù)字電路系統(tǒng)，將模-數(shù)電路（ADC）和數(shù)-模電路（DAC）以及必要的原本為模擬電路的緩沖或感應(yīng)放大器集成在一起，去開發(fā)未來市場中占據(jù)主導(dǎo)地位的專用標準產(chǎn)品（ASSP）。這就是為什么Exar使用最先進的連接、電源、數(shù)據(jù)壓縮、模擬信號鏈的核心競爭力來開發(fā)下一代應(yīng)用特定標準產(chǎn)品，為我們的客戶開發(fā)新一代的醫(yī)療設(shè)備！

這些ASSP開始與核心放大器、DAC、ADC模擬電路一樣獨立存在。但經(jīng)過精心規(guī)劃，這些細胞可以結(jié)合必要的數(shù)字電路，使系統(tǒng)工作。這可能聽上去像SoC（片上系統(tǒng)）技術(shù)，但其實不是。所以往往SoC開發(fā)者專注于數(shù)字電路作為系統(tǒng)的中心部分，在我看來，這不會為許多下一代醫(yī)療IC贏得未來。為什么？因為人類是模擬的，如果你正確使用模擬，其余的會隨之而來。因此，對于高技術(shù)醫(yī)療IC，SoC開發(fā)和ASSP開發(fā)之間是有區(qū)別的。SoC開發(fā)更關(guān)注數(shù)字電路，而ASSP開發(fā)則更專注于滿足消費者，病人和醫(yī)療監(jiān)督者需求的模擬電路。

需要注意的另外一件事情是，接口模擬人類需求所需要的模擬電路系統(tǒng)既可歸入高頻類，也可分入高精密應(yīng)用類。高精密應(yīng)用有時在實現(xiàn)上可使用低成本的數(shù)字工藝和電路技術(shù)，但這些需要在開發(fā)超大規(guī)模復(fù)雜電路上予以投入，以減輕工藝上所帶來的噪音和電壓不精確等負面影響。因此，要在性能最優(yōu)和成本最低方面做到優(yōu)化，通常情況下，純粹的模擬解決方案就可獲得最佳的效果。這可以在集成電路級上實現(xiàn)，有時，如果將數(shù)種集成電路技術(shù)（模擬和數(shù)字）集成到同一個組件之內(nèi)，也可以在MCM（多芯片模塊）上實現(xiàn)。這對于高頻應(yīng)用而言同樣正確。通常，這些會涉及到低噪聲、高帶寬放大器。從SoC的觀點來看，在實現(xiàn)上存在難度；但如果從ASSP的角度來看的話，高頻應(yīng)用的模擬電路是可以開發(fā)出來的，因為在此情況下，各種模擬功能變成了使系統(tǒng)為消費者、患者以及醫(yī)療機構(gòu)工作“必須要有”（must have）的電路。

總之，醫(yī)療設(shè)備與IC硬件都在以加速度擴張來滿足市場需要，Exar致力于提供模擬解決方案，結(jié)合數(shù)字電路，豐富人類體驗！

可穿戴產(chǎn)品對MCU的挑戰(zhàn)

Silicon Labs公司微控制器產(chǎn)品市場總監(jiān)Daniel Cooley談到，要創(chuàng)造出能成功地滿足所有這些挑戰(zhàn)的可穿戴計算設(shè)備，需要開發(fā)人員考慮以下設(shè)備特性和功能。

為了以經(jīng)濟的價格來提供這些產(chǎn)品特性，便攜式醫(yī)療設(shè)備、健康和健身追蹤器的開發(fā)人員必須在設(shè)計中將分立式元器件的數(shù)量降至最低，以降低系統(tǒng)成本。半導(dǎo)體供應(yīng)商也承擔(dān)了提供功能豐富的嵌入式控制解決方案的任務(wù)，要在嚴格的功耗和成本預(yù)算內(nèi)實現(xiàn)性能和可靠性的提升。這些便攜式醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計核心正是節(jié)能型的微控制器（MCU），如Silicon Labs基于ARM技術(shù)的EFM32 Gecko MCU，它在超低供電電流下可帶來優(yōu)異的處理性能。

像所有的便攜式電池供電設(shè)備一樣，個人醫(yī)療設(shè)備和可穿戴活動監(jiān)測器需要極致的能效來使電池壽命最大化。一些設(shè)備使用可充電電池，而其他的產(chǎn)品則設(shè)計為使用高性價比的用戶可置換的鋰離子或AAA電池即可運行數(shù)周或數(shù)月。例如Silicon Labs的EFM32 Gecko MCU就是這類電池供電便攜式應(yīng)用的理想選擇，因為它們在所有能耗模式下都提供行業(yè)領(lǐng)先的能效。

易用性也是便攜式醫(yī)療/健康追蹤器產(chǎn)品的根本要求，因為它可減少由操作員失誤所致的測量錯誤。這類用戶友好型設(shè)備應(yīng)該要求最簡易的用戶交互，以實現(xiàn)正常的操作、一種簡單化的用戶輸入（例如更少的按鈕和流暢的軟件菜單）和大型容易查看的顯示（如帶背光的大型液晶顯示器）。為了支持這些功能，MCU必須提供現(xiàn)場可編程非易失性存儲器（通常為系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存），以及靈活的I/O配置來充分利用有限的管腳。

個人醫(yī)療市場廣泛使用了通用串行總線（USB）接口，來支持標準化的數(shù)據(jù)和信息傳輸，而不受限于哪家設(shè)備制造商。個人醫(yī)療設(shè)備制造商可從各種各樣的、帶片上USB控制器的8位和32位MCU中選擇，也可考慮各種單芯片、“即插即用”橋接解決方案，它們支持從USB轉(zhuǎn)接到UART、從USB轉(zhuǎn)接到SMBus和I2C、甚至從USB轉(zhuǎn)接到I2S（使終端產(chǎn)品能夠容易地添加音頻功能）。USB橋接極大地簡化了USB在個人醫(yī)療設(shè)備設(shè)計的實現(xiàn)流程。橋接芯片通常用所有必需的USB軟件實現(xiàn)了預(yù)編程，消除了開發(fā)人員必須具有很深的專業(yè)知識來實現(xiàn)復(fù)雜的USB規(guī)范這一局限。

數(shù)據(jù)的無線傳輸將使個人醫(yī)療、保健和健身應(yīng)用的連接變得更容易和更方便。RF發(fā)射器和接收器與MCU協(xié)同一致工作，能為多樣化的便攜式/可穿戴設(shè)備應(yīng)用提供無線連接。此外，無線MCU——如Silicon Labs基于ARM的 Ember ZigBee SoC這樣的單芯片器件，集成了一個MCU內(nèi)核并帶一個RF收發(fā)器——現(xiàn)在就能廣泛地提供給醫(yī)療/健康追蹤器的開發(fā)人員。無論使用何種連接方式或系統(tǒng)架構(gòu)，通信協(xié)議棧在MCU中將需要更多的代碼空間。因此，在更小占位面積的器件中具有更大的內(nèi)存將是日益增長的需求。

助聽器剛剛興起

安森美半導(dǎo)體消費類健康產(chǎn)品線高級經(jīng)理Jakob Nielsen說，對于中國本土企業(yè)的特點，以助聽器為例，當(dāng)前中國市場對聽力方案的需求剛剛興起（例如為數(shù)眾多的較小公司目前正推廣多種多樣的助聽器方案，同時也在開發(fā)具有更多功能及優(yōu)勢的下一代助聽器）。此外，有些公司專注于因應(yīng)人工耳蝸需求，這些人工耳蝸通常旨在用于患有嚴重聽力障礙的兒童。中國本土的助聽器制造商可以采用像安森美半導(dǎo)體這樣領(lǐng)先半導(dǎo)體供應(yīng)商提供的先進預(yù)配置DSP系統(tǒng)，快速地從設(shè)計轉(zhuǎn)向生產(chǎn)，加快產(chǎn)品上市，在市場競爭中占有利位置。

嚴苛環(huán)境對連接器的挑戰(zhàn)

為鄉(xiāng)村診所制造醫(yī)療電子診斷和監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計工程師面對開發(fā)用于嚴苛環(huán)境中的產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，比如極端的溫度和非傳統(tǒng)震動、振動。這些情況通常在醫(yī)院設(shè)置環(huán)境中并不存在。

在設(shè)計耐受嚴苛條件的設(shè)備時，醫(yī)療系統(tǒng)互連產(chǎn)品的選擇是一個關(guān)鍵的考慮事項。領(lǐng)先的互連產(chǎn)品制造商采取的一個方法是堆疊具有極低側(cè)高（0.7mm高）的PCB板對板連接器，具有窄的占位面積（2.5mm寬），這樣的互連產(chǎn)品通常具有高保持力、雙觸點系統(tǒng)，提供強大的電氣信號完整性鎖定。

領(lǐng)先的互連產(chǎn)品供應(yīng)商提供的堆疊連接器材料是額定溫度高達260℃的高溫LCP塑料，并且鍍有閃亮的金層（最小4μ”），這是用于嚴苛環(huán)境的最好的信號觸點鍍層材料。另一個關(guān)鍵的互連特性是小間距，范圍為 0.2mm。

由于醫(yī)療設(shè)備設(shè)計人員需要在更薄、更小的空間中裝入越來越多的功能，具備這些特性的連接器至關(guān)重要，因而連接器密度和熱管理成為挑戰(zhàn)。

與傳統(tǒng)的沖壓成型連接器相比，微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)正在幫助減少60%的空間需求，微型柔性板對板（flex-to-board）和板對板應(yīng)用中的MEMS技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過測試，可以耐受最高60G震動/振動。此外，這項技術(shù)能夠提供最高5A的連接電流，實現(xiàn)低功率。當(dāng)處于嚴苛應(yīng)用中時，這些特性可讓醫(yī)療設(shè)備運行良好。

醫(yī)療電子的三個變化及挑戰(zhàn)

風(fēng)河智能系統(tǒng)部門總經(jīng)理Santhosh Nair 稱，相對于席卷全球的物聯(lián)網(wǎng)大潮，醫(yī)療電子領(lǐng)域?qū)@種技術(shù)似乎有點滯后。值得欣慰的是，這個情況已經(jīng)開始改觀了。這主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，移動健康的概念和相關(guān)產(chǎn)品開始引起人們的關(guān)注；第二，隨著BYOD（Bring Your Own Device，自帶設(shè)備）在各個領(lǐng)域的興起，有些醫(yī)院也開始接受一些患者把個人平常在家使用的健康護理設(shè)備帶入醫(yī)院來使用；第三，醫(yī)療設(shè)備開始呈現(xiàn)集中化（Consolidation）的跡象，以便節(jié)省空間和能耗。

醫(yī)療電子領(lǐng)域接納物聯(lián)網(wǎng)概念之所以相對滯后，也是有其客觀原因的。這些原因依然是必須逾越的挑戰(zhàn)。

第一大挑戰(zhàn)就是基礎(chǔ)設(shè)施的更新。盡管無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋率越來越高，電子產(chǎn)品越來越普及，但與之配套的醫(yī)療環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施仍然是傳統(tǒng)上比較老舊的。大多數(shù)廠商都比較熱衷于人們直接看到的終端醫(yī)療設(shè)備的研發(fā)制造，對于處于后臺的基礎(chǔ)設(shè)施方面的投資熱情還不高。

第二大挑戰(zhàn)是產(chǎn)品整個生命周期的成本仍然難以管理控制。醫(yī)療影像設(shè)備、血液透析機、心臟除顫器等設(shè)備每年都有很大的采購量，但這些設(shè)備的更新?lián)Q代卻很慢，有些型號十幾年都沒有換，因為法規(guī)非常嚴格，而制造商也不愿意冒風(fēng)險去改變?nèi)魏喂δ埽鼊e說利用軟件來實現(xiàn)設(shè)備的更新?lián)Q代了！這跟一般消費電子產(chǎn)品幾個月就換代的周期相比是極大的反差。

第三大挑戰(zhàn)是信任度問題。醫(yī)療行業(yè)對電子系統(tǒng)的信任度相對滯后。其實，能源、航空等重要領(lǐng)域也是如此。相比之下，銀行業(yè)就走得比較靠前，ATM早就十分普及了，許多業(yè)務(wù)都可以在網(wǎng)上辦理。面對面的金融服務(wù)已經(jīng)過度到比較復(fù)雜的理財業(yè)務(wù)了。

你可以想象，不論是醫(yī)務(wù)人員還是患者，她們?nèi)粘Ｉ疃剂?xí)慣了使用智能手機、平板電腦，在醫(yī)院或者健康護理的時候卻不得不使用款式老舊的醫(yī)療設(shè)備，那種反差是多么明顯。大家一定都希望醫(yī)療設(shè)備也可以盡快跟上時代的進步。

對中國本土企業(yè)來說，中國已經(jīng)是全球制造大國，說明中國是有能力開發(fā)和制造出讓全世界滿意的設(shè)備，當(dāng)然包括醫(yī)療設(shè)備。中國要把已有的競爭優(yōu)勢發(fā)揮出來，就必須補上自己的"短板"，這就是從產(chǎn)品設(shè)計到制造都遵循國際標準與規(guī)范。盡快獲得國際規(guī)范認證，是中國醫(yī)療設(shè)備提升并進入國際市場的敲門磚。

部分廠商的產(chǎn)品和方案

ADI

AD8232：單導(dǎo)聯(lián)心率監(jiān)護模擬前端

ADI針對各類生命體征監(jiān)護應(yīng)用推出了一款低功耗、單導(dǎo)聯(lián)、心率監(jiān)護儀模擬前端（AFE） AD8232，專為滿足新興的健身設(shè)備、便攜式/佩戴式監(jiān)控設(shè)備和遠程健康監(jiān)護設(shè)備的ECG信號調(diào)理要求而設(shè)計。AD8232 AFE將健身和醫(yī)療監(jiān)護的價值和性能提升到一個新的水平。中衛(wèi)萊康科技發(fā)展有限公司基于ADI單導(dǎo)聯(lián)心率監(jiān)護儀模擬前端AD8232設(shè)計實現(xiàn)的主打產(chǎn)品：“心博士”遠程心電監(jiān)測儀，目前該產(chǎn)品已具備實時心電監(jiān)測和血壓、血糖、血脂和運動數(shù)據(jù)上傳及管理功能。

Maxim

就可穿戴醫(yī)療部分，Maxim的體征監(jiān)測服（FIT shirt）代表了未來醫(yī)療保健的一個發(fā)展趨勢。該體征監(jiān)測服能夠以三導(dǎo)聯(lián)心電圖方式監(jiān)測心電信號；此外還集成加速計，能夠監(jiān)測活動量，報告脈搏速率；內(nèi)部還包含溫度傳感器，能夠監(jiān)測體溫。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)通過藍牙上傳到智能手機，這就是第一代體征監(jiān)測服。現(xiàn)在正在研發(fā)第二代體征監(jiān)測服，將包含更多的Maxim產(chǎn)品：將使用Maxim自己的加速計、自己的藍牙RF芯片，還將在產(chǎn)品內(nèi)增加安全功能。Maxim不僅會增加藍牙無線接口，還會增加近場通信接口。

村田MEMS傳感器創(chuàng)“主動智能生活”概念

智能醫(yī)療領(lǐng)域，村田的MEMS設(shè)計和制造技術(shù)造就了體積小，功耗低的性能，這使村田在內(nèi)置式醫(yī)療領(lǐng)域占有領(lǐng)先地位。

“主動安全檢測”是村田在醫(yī)療領(lǐng)域不得不提的一個主張。突發(fā)性疾病，如心臟病，往往給治療帶來了被動性，即使是在病房里，從病情發(fā)生到處理，這之間的滯后性也可能隨時為生命安全直接造成威脅。因此，在臨床上，我們更需要提前對各種突發(fā)性的疾病進行早起預(yù)防。例如借助心臟沖擊掃描：村田高精度的MEMS加速度傳感器，可通過感知人體的心跳引起的機械振動為醫(yī)生快速精確地提供患者的心率，每博輸出量，呼吸率，心率變異性等指標。這針對心臟瓣膜病，冠心病等的早期檢測，能提供重要的參考數(shù)據(jù)。再比如高風(fēng)險的植入式心臟起搏器的應(yīng)用，通過村田獨有的3D傳感器技術(shù)，實現(xiàn)了對于患者人體運動狀態(tài)的檢測并動態(tài)調(diào)整搏動輸出量。換言之，傳統(tǒng)的心臟起搏器，通過每分鐘固定輸出一個搏動量來支持心臟病患者的心臟搏動需求。但通過村田的MEMS加速度傳感器，可以感知患者的不同運動狀態(tài)諸如奔跑，上下樓梯，睡眠，下蹲等，進而根據(jù)這些運動狀態(tài)所需要的心臟搏動能力，動態(tài)調(diào)整每分鐘的輸出量。此外，村田還有能夠在手術(shù)以及治療過程中更靈活方便地調(diào)節(jié)角度變化以及捕捉動態(tài)影像的傾角傳感器，以及用于眼壓監(jiān)測、腦壓監(jiān)測等領(lǐng)域的元器件。

安森美

安森美半導(dǎo)體的可穿戴醫(yī)療設(shè)備研發(fā)活動著重于三類關(guān)鍵領(lǐng)域：聽力健康、病人監(jiān)測及疼痛管理。這些領(lǐng)域的特征是需要小巧、可穿戴、采用電池供電的設(shè)備，都包含兩項關(guān)鍵技術(shù)特征：超低電平的信號感測、信號處理及控制。

在助聽器領(lǐng)域，安森美提供公開可編程的DSP方案及預(yù)配置DSP系統(tǒng)，這兩種方案的特征包括領(lǐng)先業(yè)界的性能參數(shù)，如24位高精度計算及超高音頻保真度。安森美的可編程DSP方案可使客戶能夠使用全集成開發(fā)環(huán)境，應(yīng)用他們自己獨特的音頻處理算法。

風(fēng)河

風(fēng)河已經(jīng)推出了自己的物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺--Wind River Intelligent Device Platform （IDP）。

醫(yī)療設(shè)備設(shè)計研發(fā)范文第2篇

MCU正集成越來越多的模擬和混合信號，有些MCu公司干脆稱之為SoC。那么這是否意味著未來MCU不再是創(chuàng)新的中心?

Silicon Labs公司Mike分析認為，2011年及以后，新一代MCU設(shè)計將提供更高級的混合信號集成技術(shù)，實現(xiàn)超低功耗處理、無線連接和智能感應(yīng)。隨著便攜式和電池供電應(yīng)用的增長，具有省電技術(shù)(例如片上DC-DC轉(zhuǎn)換器和低壓差LDo穩(wěn)壓器)的MCU將成為廣受歡迎的解決方案。2011年，集成嵌入式無線收發(fā)器的高集成度MCU，或稱為“Wireless MCU(無線MCU)”也將在應(yīng)用(例如家居自動化、安全系統(tǒng)、智能儀表和能量收集系統(tǒng))中不斷增長。今后我們也將看到集成多種類型感應(yīng)器(諸如電容式觸摸感應(yīng)器、紅外線和環(huán)境光感應(yīng)器，以及環(huán)境感應(yīng)器)的MCU。具有成本效益、片上集成無線連接和感應(yīng)能力的超低功耗、小封裝MCU將在各種嵌入式應(yīng)用中(例如無線感應(yīng)網(wǎng)絡(luò))大量應(yīng)用。

因此，我們認為模擬／混合信號功能將繼續(xù)保持較高需求，因為最具競爭力的應(yīng)用通常需要高精確度和準確度。僅有少數(shù)公司具有混合信號設(shè)計經(jīng)驗，從而可以在不影響性能的基礎(chǔ)上進行單芯片集成。這些公司將繼續(xù)從高難度復(fù)雜混合信號設(shè)計的迅速擴張中受益。

普芯達趙依軍也認為集成更多的數(shù)模混合信號是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的必由之路，“MCU將會集成更多更復(fù)雜的模擬功能和處理模塊，構(gòu)成一個真正意義上的soc，它將使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)理念發(fā)生深刻的變化。”但這并不意味著Mcu會脫離數(shù)字核心，相反，這一變化會促進數(shù)字部分性能的提升以滿足越來越高的處理要求。目前，普芯達不僅會設(shè)計集成了模擬和混合信號的MCU，還會在以前屬于純粹模擬電路的一些應(yīng)用中開發(fā)智能化的芯片。

飛思卡爾的曾勁濤指出，模擬功能將成為MCU產(chǎn)品的一個差異化優(yōu)勢。分立模擬器件在大多數(shù)情況下仍然具有性能優(yōu)勢。但是。隨著MCU集成模擬的功能不斷增強，分立模擬器件的優(yōu)勢正在逐漸減弱。例如：飛思卡爾FlexisMM系列專門為醫(yī)療設(shè)備設(shè)計。集成高精度的16位ADc、DAC、運放等高精度模擬單元進一步降低系統(tǒng)成本，加快開發(fā)進程。

ADI公司稱近期推出的BFS06F處理器集成了高性能DSP和高性能AD轉(zhuǎn)換器，在400MHz主頻的前提下，性能達到11.Tbit ENOB(有效位數(shù))。

TI公司一直是積極推進MCU中增加模擬／混合信號的企業(yè)。今年1月的低成本浮點Piccolo MCU――TMS320F2866x，可以單獨來實現(xiàn)PLC(電力線通信)。使低能耗電機控制與可再生能源應(yīng)用的開發(fā)人員可采用單個F2806x MCU通過低成本方式執(zhí)行控制環(huán)路、電力線通信(PLC)協(xié)議以及調(diào)制方案。

MCU集成模擬的利弊分析

最大的嵌入式芯片Mcu企業(yè)――瑞薩電子對MCu集成模擬十分慎重，去年10月才宣布在MCU研發(fā)中增加模擬／混合信號功能。瑞薩電子的邱榮豐指出，開發(fā)模擬功能的芯片不容易，因為從工藝考慮的話，模擬功能用的技術(shù)工藝是很高的，所以整個芯片會變得很大，這樣會影響到成本。

上海普芯達的趙依軍也認為，集成模擬帶來了開發(fā)難度。由于模擬和數(shù)字開發(fā)工作集中在同一顆芯片上，芯片和應(yīng)用設(shè)計難度都有所增加。尤其是在模數(shù)雙方的相互抗千擾處理上，工程師們將面臨較大的挑戰(zhàn)。

市場調(diào)查公司Gartner半導(dǎo)體和電子研究總監(jiān)Adib Ghubril對Mcu中集成模擬的觀點也是謹慎的。Adib分析道，小型化可以提高系統(tǒng)的可靠性(主板上的芯片數(shù)量更少)、使體積更小(從而提高可用性和靈活性)，并能使人們獲得更高的收益。但是，與其具有相似功能的純粹的數(shù)字MCU相比，混合信號MCU存在性能降低的問題，一盡管目前人們尚未弄清兩者之間在系統(tǒng)級(即主板級)上存在何種差異。而且，相比于模擬和數(shù)字電路分別按照各自獨立的技術(shù)路線圖發(fā)展、數(shù)模集成會增加晶圓片級的風(fēng)險：承擔(dān)這些風(fēng)險必須能夠有利于給我們帶來回報。通常，雖然我們期望Freescale以及Kenesas(瑞薩)等領(lǐng)軍企業(yè)能夠推出體積更小的器件：但是，Gartner發(fā)現(xiàn)許多公司缺乏必要的資金去實施此類集成路線圖。

許多公司使用混合信號MCU這種術(shù)語去描述具有板上比較器(on-board comparators)或模數(shù)／數(shù)模轉(zhuǎn)換器的芯片；雖然這一術(shù)語也許是正確的，但它還是存在一些誤導(dǎo)，“因為在我的頭腦中，混合信號技術(shù)綜合了類似電壓基準／調(diào)節(jié)器、傳感器甚至功率放大器等東西，并最終將會包含功率放大器。”但另一方面，“特殊應(yīng)用”MCU的趨勢一般受到嵌入界股東的支持，同時，在芯片制造商中能夠更為清晰地看到這種趨勢。

分立模擬器件的機會

而分立模擬器件廠商對此的看法如何呢?Intersil公司Tamara Schmitz在《電子產(chǎn)品世界》20lO年12期《信號鏈的集成與去集成》中指出：“……但你為什么要選擇去集成呢?原因有很多。產(chǎn)品或應(yīng)用可能比較新，還沒到有必要投資開發(fā)一個ASSP設(shè)計的地步。其次是沒有一點靈活性。萬一你想升級到更高階的濾波器，以補償一個新的強干擾?萬一你想嘗試一個新的轉(zhuǎn)換器配置?萬一你必須快速建立一個原型產(chǎn)品?萬一小的設(shè)計改動能讓你的系統(tǒng)設(shè)計更加靈活，并且能容納更多的應(yīng)用和更多的客戶?我個人特別喜歡的情況是：萬一你希望得到更低的功耗呢?許多轉(zhuǎn)換器需要1.8V電源，而許多運算放大器可能需要3.3v或5v來達到系統(tǒng)所需的動態(tài)范圍／CMRK。分立方案的選擇更多，對應(yīng)用的優(yōu)化也更多。許多有經(jīng)驗的系統(tǒng)設(shè)計者對電路布板和電源旁路十分精通，他們傾向于選用分立方案，這樣可以保留進一步選擇的便利。”