公开课77期笔记 | 从穿戴到植入,类比半导体AFE产品在医疗生物电监测的多场景应用

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生物电信号监测技术在医疗健康行业中发展迅速,成为评估人体生理健康状况的关键手段。心电(ECG)、脑电(EEG)和肌电(EMG)等信号,通过精密模拟前端(AFE)芯片捕捉和处理,对医疗诊断和治疗至关重要。

随着医疗领域对高精度、低功耗监测设备需求的增长,AFE芯片市场迎来发展机遇。上海类比半导体技术有限公司(以下简称:类比半导体)作为模拟及数模混合芯片供应商,正通过创新AFE芯片产品推动医疗监测技术变革。

5月30日,集微网举办的“集微公开课”活动中,上海类比半导体技术有限公司市场经理历广绪分享了类比半导体AFE产品在医疗生物电多场景监测中的应用,探讨了类比半导体AFE产品的关键技术和创新点,进一步增强了业界对类比半导体AFE产品在心电图机、监护仪、脑电图机及植入市场的竞争力和国产化优势的认识。

从性能到功耗,凸显类比半导体AFE产品技术优势

生物电信号监测技术的核心原理是利用皮肤内外表面的电势差。这一电势差通过仪器放大后,由模数转换器(ADC)进行采样并转换成数字信号。随后,通过数字信号处理技术对心电(ECG)、肌电(EMG)和脑电(EEG)等信号的特征进行分析和判断。

历广绪指出,在医疗生物电监测系统中,关键技术参数的优化至关重要,包括:

1. 输入偏置电流:应尽可能低,以减少对测量信号的干扰。

2. 输入阻抗:高输入阻抗有助于避免对生物电信号源的负载影响,从而保持信号的完整性。

3. 输入电流/电压噪声:低噪声水平有助于提高信号的信噪比,确保信号清晰度。

4. AC/DC共模抑制比(CMRR):高CMRR有助于有效抑制共模干扰,提高信号质量。

5. 功耗:低功耗设计有助于实现设备的便携性和延长电池寿命。

依托于高素质、高水平的研发团队,类比半导体针对医疗市场推出了生物电势专用芯片56款,全面覆盖了生物电(ECG/EEG/EMG)的各种应用场景。从产品线路布局来看,ADX92x与ADX91x系列:已经应用于AED,便携式监护仪等手持心电设备中;AFE96x系列:已在国内外多家头部脑电图机厂商实现批量量产,三类植入脑电检测产品已进入CE认证阶段;AFE95x与AFE94x系列:广泛应用在多导联监护仪与心电图机产品中;AFE93x与AFE92x系列:已进入头部客户新一代Holter与RPM穿戴设备。

整体来看,类比半导体的AFE芯片产品涵盖了1/2/4/6/8通道的产品型号,具备以下核心技术:

高精度ADC:提供16/24bit的ADC,确保信号采集的精确性。

宽采样率范围:采样率从62.5sps到64Ksps,全面覆盖生物电信号的采集频段。

高抗干扰能力:共模抑制比(CMRR)高达130dB,确保信号质量。

低功耗设计:极致功耗低至0.29mW/CH,适合长时间监测,提高设备的便携性。

智能监测功能:包括AC交流导联脱落监测、VDAC可编程电压源、智能导联脱落及RLD/BIAS导联脱落监测,增强了监测的智能化水平。

呼吸阻抗测量:具备0.1Ω分辨率和5K基阻抗,为呼吸监测提供了高精度的测量能力。

从穿戴到植入,覆盖医疗监测全场景

类比半导体AFE芯片产品以其核心技术优势和特点,全面的产品矩阵,在医疗生物电多场景监测领域占据重要地位。在分享中,历广绪具体介绍了AFE95x、AFE96x、AFE90x系列芯片的功能特点和性能参数。

AFE95x系列:这一系列芯片是低功耗、多通道、支持呼吸阻抗测量的生物电势模拟前端芯片,专为医疗诊断设备设计,提供4通道、6通道、8通道集成的模拟前端(AFE)功能。其包括AFE954/956/958/959四种型号,内置呼吸阻抗检测电路、AC激励源、VDAC激励源和RLD电极检测等,适用于心电监护仪和除颤心电监护仪。AFE95x系列在共模抑制比(CMRR)、信噪比(SNR)、总谐波失真(THD)等综合性能表现上优于国际厂商现有产品。

AFE96x系列:专为EEG生物电势信号测量设计的低噪声模拟前端芯片,包含AFE964/966/968型号,是一系列4通道、6通道和8通道低噪声、24 位同步采样Δ-Σ 模数转换器(ADC)系列产品。其内置可编程增益放大器(PGA)、三种可配置内部基准以及板载振荡器,在共模抑制比(CMRR)和串扰(Crosstalk)等性能上均有大幅提升。AFE96x提供三种工作模式,满足具备颅外脑电图 (EEG) 和心电图 (ECG) 应用所需的全部常用功能和功耗模式需求。AFE96x支持以125SPS至32kSPS的数据传输速率运行, 并增加了AC激励源和VDAC激励源。凭借高集成度和出色性能, AFE96x 能够以大幅缩小的尺寸、显著降低的功耗和成本来构建可扩展的医疗仪器系统。

AFE90x系列:是为动态心电监测和Holter应用设计的超低功耗多通道生物电势模拟前端芯片。其集成了多通道可编程低噪声PGA与高分辨率ADC,支持4、6、8通道配置,精准捕获生物电信号。凭借其超低偏置电流特性,改善干电极应用信号质量,支持外部无源晶振设计,树立了动态心电穿戴设备的新能效标准。

自2018年成立以来,类比半导体一直致力于汽车智能驱动、信号链、电源管理、MCU/DSP等领域的芯片设计。类比半导体不仅为客户提供高精度和低功耗设计的AFE产品,还提供全面的解决方案,包括多参数监护仪、心电图机、脑电图机、肌电图机和AED等解决方案。

自2022年类比半导体发布首款医疗专用芯片以来,已成功与86家国内外医疗企业携手合作。

随着心电和脑电监测技术的智能化、个性化和普及化,类比半导体的AFE产品将持续向更多通道、低功耗、小型化方向迈进,推动医疗监测更精准、便捷和个性化。凭借团队成员在国内头部生物电企业积累的丰富经验,类比半导体紧跟技术前沿趋势,深入洞察行业的核心需求与挑战,针对不同的医疗应用场景,打造了一系列产品,形成了全面的产品矩阵。同时,类比半导体将始终以客户为中心,快速响应市场反馈,持续优化并升级产品性能,致力于为客户提供高品质芯片,为世界科技化和智能化发展提供最底层的芯片支持。

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