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作者：納芯微 國家“新十條”政策發布，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，加倍關注個人和家庭防護，利用便攜式家用醫療設備或智能健康監測設備隨時了解自己和家人的健康狀況，防患于未然。 例如市面上發布的部分家庭智能健康監測儀概念產品，可以實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，用戶可以對個人及家庭成員的健康數據進行綜合記錄和管理，做到對家人健康心中有數。個人和家庭健康已成為關注熱點，我們來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品解決方案。 
圖1：納芯微產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 家用呼吸機 2021年，國內家用無創呼吸機市場規模為100萬臺，隨著患者健康管理意識增強，未來10年內有望出現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，市場容量在2000萬臺左右。 另外，2019年全球COPD（慢性阻塞性肺疾病）患病人數達到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2：家用呼吸機的工作原理和納芯微產品解決方案 納芯微為家用呼吸機提供以下產品： 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，壓力補償等。 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，可在全溫度范圍內實現精度高達2%的交流或直流電流測量。產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生時發煙發火的風險；小巧的SOIC8封裝，降低了空間要求并提高了性價比，是醫療設備功率監控的完美解決方案。 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，制氧機內裝填分子篩，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，經過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品解決方案 納芯微的家用制氧機產品是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）芯片背面進氣，集成內部溫度傳感器，實現溫度補償；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”。在巨大商業利益誘惑下，一些新進入這個市場的企業草草研發后就開始生產和銷售，令產品良莠不齊，暴露了大量應用問題，測溫不準確，更無法達到醫用級要求精度。 事實上，不管是哪類測溫設備，基于塞貝克效應的紅外熱電測溫方式都是快速、直觀、非接觸檢測的首選，相比其他測溫方式更有優勢。此類設備中都離不開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行放大和采樣。常見的數模轉換調理芯片往往都是前端傳感器輸出一個極小的信號，通過ADC轉換模塊、放大模塊將模擬信號轉換為數字信號。NSA3300是專為熱電堆設計的ADC轉換模塊，是具有環境溫度補償功能，可直接輸出測量溫度值的調理芯片，填補了國內市場空白。 NSA3300內部數字引擎可以按照客戶配置的LUT數據，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也可以配置成數字開關量輸出方式，用作溫度開關。其內部門限設定值可以讓客戶自行設置過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：內部集成免標定環境溫度傳感器，環境溫度可測范圍為-40～125℃，精度±0.2℃；支持多種工作模式：連續單通道傳感器及環境溫度組合輸出、連續雙通道傳感器及環境溫度組合輸出、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。人們希望通過具有體溫測量功能的可穿戴設備隨時隨地了解自身健康狀況，實現自我防護。不過，可穿戴類設備測溫應用經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，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、測溫時間短、低功耗、高精度、自發熱小等特點，特別適合手表、手環類以及藍牙體溫貼等產品使用。
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℃范圍內實現高達±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位模數轉換可提供高達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，實現體溫范圍內高達±0.2℃的輸出精度 采用SMT工藝，裝配精度容差性強，適用于大規模量產 溫度達到63%的響應時間為0.1s，配合產品結構設計達到體溫（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、消費類產品、環境、工業和儀表，特別是電池供電的物聯網測溫應用。未來，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更多的便利。 掌握科學的防疫知識，除了提高自我防護，關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。 |
