从穿戴式医疗 看模拟元件的整合与独立

谈到系统层级的设计，不外乎类比与混合讯号电路，再加上数位讯号处理与控制的流程，少了哪一个环结，系统都无法运作。而在类比前端电路的设计上，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(系统单晶片)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，晶片愈少，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，在晶片整合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位元或是12位元的ADC(类比数位讯号转换器)，大多都可以被整合在MCU中，但若是量测血氧，就必须动用到24位元等级的ADC，在整合上还是有不少困难，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，元件的整合程度，大多用两颗晶片就能搞定。一颗是类比前端电路，另一颗则是MCU本身。就目前而言，类比电路前端的整合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)加以整合，MCU本身则可以将ADC、MCU与BLE(蓝牙低功耗)结合，这可以说是在系统整合层面上，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位元的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，为的就是希望在讯号源可以有更高的品质。李仁贵也指出，生理讯号是一种很慢的讯号源，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，但在类比前端电路整合晶片上，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晶片也能一并确认，长期来看，要将晶片加以整合，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，开发高度整合的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整合，这表示了市场的需求就是处在一个不明确的状态。