后疫情時(shí)代，便攜醫療設備進(jìn)入尋常百姓家

2022年12月21日 – 國家“新十條”政策發(fā)布，疫情防控進(jìn)入新階段，每個(gè)人都要做自己健康的第一責任人。從自己做起，加倍關(guān)注個(gè)人和家庭防護，利用便攜式家用醫療設備或智能健康監測設備隨時(shí)了解自己和家人的健康狀況，防患于未然。

例如市面上發(fā)布的部分家庭智能健康監測儀概念產(chǎn)品，可以實(shí)現醫療級精度的體溫、心電、心率、血氧、心肺音、睡眠等健康體征數據監測，用戶(hù)可以對個(gè)人及家庭成員的健康數據進(jìn)行綜合記錄和管理，做到對家人健康心中有數。個(gè)人和家庭健康已成為關(guān)注熱點(diǎn)，我們來(lái)看看應用于便攜式家用醫療設備或智能健康監測設備中都采用了哪些芯片產(chǎn)品解決方案。

圖1：納芯微產(chǎn)品解決方案應用于家用呼吸機、家用制氧機、額溫槍、耳溫槍和可穿戴體溫監測設備等

l  家用呼吸機

2021年，國內家用無(wú)創(chuàng )呼吸機市場(chǎng)規模為100萬(wàn)臺，隨著(zhù)患者健康管理意識增強，未來(lái)10年內有望出現20％～30％的快速增長(cháng)。另外，呼吸機具有工作時(shí)間長(cháng)、易損耗的使用特性，產(chǎn)品生命周期為5年左右，年更新率在20％左右。

2016年至2020年，全球30～69歲OSA（睡眠呼吸暫停低通氣綜合征）人數從9.8億人增長(cháng)至10.5億，中國從1.81億上升至1.95億。預計到2024年，全球患病人數將增加到11.5億人，中國將增加到2.12億人，按10%滲透率計算，市場(chǎng)容量在2000萬(wàn)臺左右。

另外，2019年全球COPD（慢性阻塞性肺疾?。┗疾∪藬颠_到4.6億左右，中國高達1.053億左右。

家用呼吸機的工作原理是利用氣體壓力差，呼吸機通氣時(shí)，機械驅動(dòng)使氣道口氣壓大于肺泡氣壓，氣體進(jìn)入肺部；在撤去體外機械驅動(dòng)壓后，胸廓及肺彈性回縮，肺泡氣壓大于氣道口氣壓，氣體從肺部排出。

圖2：家用呼吸機的工作原理和納芯微產(chǎn)品解決方案

納芯微為家用呼吸機提供以下產(chǎn)品：

ü  NSPDS5/9系列雙氣嘴差壓壓力傳感器：支持I²C/模擬輸出，待機電流＜10μA出廠(chǎng)精度可達±0.5% F.S.；壓力量程可選±125Pa～±250kPa。應用包括：氣流和呼吸控制、濾膜清潔度監測；風(fēng)扇壓力、氣流量控制。

ü  NSPGS5/GD1系列單氣嘴表壓壓力傳感器：支持I²C/模擬輸出，待機電流＜10μA，出廠(chǎng)精度可達±0.5% F.S.；壓力量程可選-10kPa～+10kPa。應用包括：氣流和呼吸控制、濾膜清潔度監測；風(fēng)扇壓力控制。

ü  NSPAS3M系列絕壓壓力傳感器：支持模擬輸出，芯片封裝內部防水防潮處理，出廠(chǎng)精度可達±1.5% F.S.；壓力量程可選0kPa～+40kPa。應用包括：大氣壓力檢測，壓力補償等。

ü  NSPGS2系列單氣嘴表壓壓壓力傳感器：支持I²C/模擬輸出，出廠(chǎng)精度可達±1% F.S.；壓力量程可選-100kPa～+350kPa。應用包括：壓縮空氣和氣體壓力檢測。

ü  NSHT3x系列小尺寸低功耗I²C接口高精度數字溫濕度傳感器：支持I²C/SMBus報警輸出，精度可達±0.3℃和±3%RH；超低功耗1.7μA@4Hz/0.2μA休眠電流。應用包括：空氣和氣體混合物的溫濕度管理。

ü  NSM2012、NSM2016系列集成式霍爾效應電流傳感器芯片，具有極低的原邊導通電阻，可在全溫度范圍內實(shí)現精度高達2%的交流或直流電流測量。產(chǎn)品采用模擬電壓輸出，無(wú)需二次編程，簡(jiǎn)單易用；高達3000Vrms的耐受隔離耐壓能力，滿(mǎn)足UL標準的高隔離等級，提高了設計的靈活性；高達400kHz的帶寬以及低至1.5μs的響應時(shí)間，大大降低了短路等異常情況發(fā)生時(shí)發(fā)煙發(fā)火的風(fēng)險；小巧的SOIC8封裝，降低了空間要求并提高了性?xún)r(jià)比，是醫療設備功率監控的完美解決方案。

l  家用制氧機

家用制氧機的工作原理是利用分子篩物理吸附和解吸技術(shù)，制氧機內裝填分子篩，在加壓時(shí)可將空氣中的氮氣吸附，剩余的未被吸收的氧氣被收集起來(lái)，經(jīng)過(guò)凈化處理后即成為高純度氧氣。

圖3：家用制氧機的工作原理和納芯微產(chǎn)品解決方案

納芯微的家用制氧機產(chǎn)品是NSPGS2系列壓力傳感器。它集成了放大、校準、溫補功能，帶氣嘴SOP貼片封裝，易于使用；集成24位ADC、12位DAC，支持休眠工作模式，大幅減輕MCU負擔；精度高，性能好，-20～70℃全溫區綜合精度2.5%；MEMS（微機電系統）芯片背面進(jìn)氣，集成內部溫度傳感器，實(shí)現溫度補償；支持二階溫度、三階非線(xiàn)性校準，靈活度高，壓力量程/輸出形式可選20～350kPa（±均支持）；多種輸出形式：0～5V模擬電壓輸出（絕對）、0～5V模擬電壓輸出（比例）、I²C數字輸出。

l  額溫槍、耳溫槍

非接觸式額溫計、耳溫槍的需求“高燒不退”。在巨大商業(yè)利益誘惑下，一些新進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)的企業(yè)草草研發(fā)后就開(kāi)始生產(chǎn)和銷(xiāo)售，令產(chǎn)品良莠不齊，暴露了大量應用問(wèn)題，測溫不準確，更無(wú)法達到醫用級要求精度。

事實(shí)上，不管是哪類(lèi)測溫設備，基于塞貝克效應的紅外熱電測溫方式都是快速、直觀(guān)、非接觸檢測的首選，相比其他測溫方式更有優(yōu)勢。此類(lèi)設備中都離不開(kāi)基礎的紅外熱電探測器，也就是各種額溫槍、耳溫槍的核心測溫器件MEMS熱電堆紅外探測器。在測溫設備應用中，熱電堆傳感器還要配合信號調理芯片才能發(fā)揮作用。

納芯微推出的NSA3300是一款針對熱電堆傳感器的信號調理芯片，主要用于連接熱電堆傳感器，并對傳感器的輸出電壓信號進(jìn)行放大和采樣。常見(jiàn)的數模轉換調理芯片往往都是前端傳感器輸出一個(gè)極小的信號，通過(guò)ADC轉換模塊、放大模塊將模擬信號轉換為數字信號。NSA3300是專(zhuān)為熱電堆設計的ADC轉換模塊，是具有環(huán)境溫度補償功能，可直接輸出測量溫度值的調理芯片，填補了國內市場(chǎng)空白。

NSA3300內部數字引擎可以按照客戶(hù)配置的LUT數據，自動(dòng)將熱電堆傳感器的電壓輸出計算為溫度量輸出，方便客戶(hù)通過(guò)I²C接口直接讀取溫度值。另外，NSA3300也可以配置成數字開(kāi)關(guān)量輸出方式，用作溫度開(kāi)關(guān)。其內部門(mén)限設定值可以讓客戶(hù)自行設置過(guò)溫或欠溫的比較閾值。

  圖4：納芯微針對熱電堆傳感器的信號調理芯片NSA3300功能框圖

NSA3300的其他特性包括：內部集成免標定環(huán)境溫度傳感器，環(huán)境溫度可測范圍為-40～125℃，精度±0.2℃；支持多種工作模式：連續單通道傳感器及環(huán)境溫度組合輸出、連續雙通道傳感器及環(huán)境溫度組合輸出、連續雙通道傳感器輸出以及睡眠模式；兩路差分輸入通道支持兩個(gè)傳感器接入，每通道ODR可達到近800Hz；同時(shí)支持I²C、PWM、中斷輸出等多種輸出模式，睡眠工作模式典型功耗低至5μA。

l  可穿戴體溫監測設備

體溫測量成為了健康監測管理和多維預防的重要手段之一。人們希望通過(guò)具有體溫測量功能的可穿戴設備隨時(shí)隨地了解自身健康狀況，實(shí)現自我防護。不過(guò)，可穿戴類(lèi)設備測溫應用經(jīng)常會(huì )遇到空間非常有限，需要高精度、超低功耗、響應速度和使用方便等挑戰，對測溫傳感器提出了更高的要求。

   圖5：納芯微溫度傳感器產(chǎn)品可應用于可穿戴體溫監測設備

納芯微的接觸式體溫測量方案NST112x采用高精度數字溫度傳感器，具有溫度響應速度快、測溫時(shí)間短、低功耗、高精度、自發(fā)熱小等特點(diǎn)，特別適合手表、手環(huán)類(lèi)以及藍牙體溫貼等產(chǎn)品使用。

圖6：納芯微高精度數字溫度傳感器NST112x功能框圖

NST112x兼容I²C和SMBus接口，具有可編程警報和SMBus置功能，在單路總線(xiàn)上最多可支持4個(gè)器件。在精度方面，無(wú)需校準即可在-20℃至125℃范圍內實(shí)現高達±0.5℃的精度。由于是高線(xiàn)性度溫度傳感器，NST112x無(wú)需重新組合計算或查表就可以導出溫度。其14位模數轉換可提供高達0.015625℃的分辨率。

以下是NST112x系列的特點(diǎn)：

ü  采樣速率4Hz，平均功耗典型值僅為5.7μA

ü  DSBGA-4（0.75mm×0.75mm）封裝，實(shí)現體溫范圍內高達±0.2℃的輸出精度

ü  采用SMT工藝，裝配精度容差性強，適用于大規模量產(chǎn)

ü  溫度達到63%的響應時(shí)間為0.1s，配合產(chǎn)品結構設計達到體溫（99%）的時(shí)間為12.73s

NST112x工作溫度范圍為-40℃至125℃，適用于通信、計算機、消費類(lèi)產(chǎn)品、環(huán)境、工業(yè)和儀表，特別是電池供電的物聯(lián)網(wǎng)測溫應用。未來(lái)，體溫傳感器有可能成為多種便攜式設備的標配，為人們的日常生活帶來(lái)更多的便利。

掌握科學(xué)的防疫知識，除了提高自我防護，關(guān)注家人健康意識之外，搭載各種傳感器和信號調理芯片的智能健康設備可以為人們的健康保駕護航。 

關(guān)于納芯微

納芯微電子（簡(jiǎn)稱(chēng)納芯微，科創(chuàng )板股票代碼688052）是高性能高可靠性模擬及混合信號芯片設計公司。自2013年成立以來(lái)，公司聚焦信號感知、系統互聯(lián)、功率驅動(dòng)三大方向，提供傳感器、信號鏈、隔離、接口、功率驅動(dòng)、電源管理等豐富的半導體產(chǎn)品及解決方案，并被廣泛應用于汽車(chē)、工業(yè)控制、信息通訊及消費電子領(lǐng)域。

納芯微以『“感知”“驅動(dòng)”未來(lái)，共建綠色、智能、互聯(lián)互通的“芯”世界』為使命，致力于為數字世界和現實(shí)世界的連接提供芯片級解決方案。