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2022/12/27
國家“新十條”政策發(fā)布，疫情防控進入新階段，每個人都要做自己健康的第一責任人。從自己做起，加倍關(guān)注個人和家庭防護，利用便攜式家用醫(yī)療設(shè)備或智能健康監(jiān)測設(shè)備隨時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(jiān)測儀概念產(chǎn)品，可以實現(xiàn)醫(yī)療級精度的體溫、心電、心率、血氧、心肺音、睡眠等健康體征數(shù)據(jù)監(jiān)測，用戶可以對個人及家庭成員的健康數(shù)據(jù)進行綜合記錄和管理，做到對家人健康心中有數(shù)。個人和家庭健康已成為關(guān)注熱點，我們來看看應用于便攜式家用醫(yī)療設(shè)備或智能健康監(jiān)測設(shè)備中都采用了哪些芯片產(chǎn)品解決方案。
圖：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(jiān)測設(shè)備等
家用呼吸機
2021年，國內(nèi)家用無創(chuàng)呼吸機市場規(guī)模為100萬臺，隨著患者健康管理意識增強，未來10年內(nèi)有望出現(xiàn)20％～30％的快速增長。另外，呼吸機具有工作時間長、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(shù)從9.8億人增長至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(shù)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，市場容量在2000萬臺左右。
另外，2019年全球COPD（慢性阻塞性肺疾?。┗疾∪藬?shù)達到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，機械驅(qū)動使氣道口氣壓大于肺泡氣壓，氣體進入肺部；在撤去體外機械驅(qū)動壓后，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：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：
- 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(jiān)測；風扇壓力、氣流量控制。
- 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(jiān)測；風扇壓力控制。
- NSPAS3M系列絕壓壓力傳感器：支持模擬輸出，芯片封裝內(nèi)部防水防潮處理，出廠精度可達±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?shù)取?/p>
- NSPGS2系列單氣嘴表壓壓壓力傳感器：支持I2C/模擬輸出，出廠精度可達±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。
- NSHT3x系列小尺寸低功耗I2C接口高精度數(shù)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。
- 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(nèi)實現(xiàn)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，無需二次編程，簡單易用；高達3000Vrms的耐受隔離耐壓能力，滿足UL標準的高隔離等級，提高了設(shè)計的靈活性；高達400kHz的帶寬以及低至1.5μs的響應時間，大大降低了短路等異常情況發(fā)生時發(fā)煙發(fā)火的風險；小巧的SOIC8封裝，降低了空間要求并提高了性價比，是醫(yī)療設(shè)備功率監(jiān)控的完美解決方案。
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(nèi)裝填分子篩，在加壓時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，經(jīng)過凈化處理后即成為高純度氧氣。
圖：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(qū)綜合精度2.5%；MEMS（微機電系統(tǒng)）芯片背面進氣，集成內(nèi)部溫度傳感器，實現(xiàn)溫度補償；支持二階溫度、三階非線性校準，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(shù)字輸出。
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，一些新進入這個市場的企業(yè)草草研發(fā)后就開始生產(chǎn)和銷售，令產(chǎn)品良莠不齊，暴露了大量應用問題，測溫不準確，更無法達到醫(yī)用級要求精度。
事實上，不管是哪類測溫設(shè)備，基于塞貝克效應的紅外熱電測溫方式都是快速、直觀、非接觸檢測的首選，相比其他測溫方式更有優(yōu)勢。此類設(shè)備中都離不開基礎(chǔ)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(shè)備應用中，熱電堆傳感器還要配合信號調(diào)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(diào)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行放大和采樣。常見的數(shù)模轉(zhuǎn)換調(diào)理芯片往往都是前端傳感器輸出一個極小的信號，通過ADC轉(zhuǎn)換模塊、放大模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。NSA3300是專為熱電堆設(shè)計的ADC轉(zhuǎn)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(diào)理芯片，填補了國內(nèi)市場空白。
NSA3300內(nèi)部數(shù)字引擎可以按照客戶配置的LUT數(shù)據(jù)，自動將熱電堆傳感器的電壓輸出計算為溫度量輸出，方便客戶通過I2C接口直接讀取溫度值。另外，NSA3300也可以配置成數(shù)字開關(guān)量輸出方式，用作溫度開關(guān)。其內(nèi)部門限設(shè)定值可以讓客戶自行設(shè)置過溫或欠溫的比較閾值。
圖：納芯微針對熱電堆傳感器的信號調(diào)理芯片NSA3300功能框圖
NSA3300的其他特性包括：內(nèi)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(xù)單通道傳感器及環(huán)境溫度組合輸出、連續(xù)雙通道傳感器及環(huán)境溫度組合輸出、連續(xù)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傳感器接入，每通道ODR可達到近800Hz；同時支持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。
可穿戴體溫監(jiān)測設(shè)備
體溫測量成為了健康監(jiān)測管理和多維預防的重要手段之一。人們希望通過具有體溫測量功能的可穿戴設(shè)備隨時隨地了解自身健康狀況，實現(xiàn)自我防護。不過，可穿戴類設(shè)備測溫應用經(jīng)常會遇到空間非常有限，需要高精度、超低功耗、響應速度和使用方便等挑戰(zhàn)，對測溫傳感器提出了更高的要求。
圖：納芯微溫度傳感器產(chǎn)品可應用于可穿戴體溫監(jiān)測設(shè)備
納芯微的接觸式體溫測量方案NST112x采用高精度數(shù)字溫度傳感器，具有溫度響應速度快、測溫時間短、低功耗、高精度、自發(fā)熱小等特點，特別適合手表、手環(huán)類以及藍牙體溫貼等產(chǎn)品使用。
圖：納芯微高精度數(shù)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，在單路總線上最多可支持4個器件。在精度方面，無需校準即可在-20℃至125℃范圍內(nèi)實現(xiàn)高達±0.5℃的精度。由于是高線性度溫度傳感器，NST112x無需重新組合計算或查表就可以導出溫度。其14位模數(shù)轉(zhuǎn)換可提供高達0.015625℃的分辨率。
以下是NST112x系列的特點：
- 采樣速率4Hz，平均功耗典型值僅為5.7μA
- DSBGA-4（0.75mm×0.75mm）封裝，實現(xiàn)體溫范圍內(nèi)高達±0.2℃的輸出精度
- 采用SMT工藝，裝配精度容差性強，適用于大規(guī)模量產(chǎn)
- 溫度達到63%的響應時間為0.1s，配合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計達到體溫（99%）的時間為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，體溫傳感器有可能成為多種便攜式設(shè)備的標配，為人們的日常生活帶來更多的便利。
掌握科學的防疫知識，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(diào)理芯片的智能健康設(shè)備可以為人們的健康保駕護航。
