98 / 102
MEDICAL 8 - Luglio/Agosto 2015
XVI
Medical
della potenza. Al fine di ottimizzare sia le dimensioni sia le pre-
stazioni dell’applicazione finale, nessuna di queste soluzioni è
ideale per l’industria medicale. I produttori di dispositivi medi-
cali spesso impiegano anni nello sviluppo e nel raffinamento dei
loro sensori al fine di acquisire i segnali fisiologici chiave di in-
tensità sempre minore, perseguendo al contempo la riduzione
dei costi globali e l’adozione da parte di un crescente numero
di clienti. Normalmente le soluzioni a componenti discreti pos-
sono essere progettate per convertire i segnali misurati in ten-
sioni o correnti adatti a essere campionate. Tuttavia, sono spesso
costose in termini di spazio richiesto sul circuito stampato, con
un impatto diretto sulle dimensioni del dispositivo finale. Un
fattore chiave per la diffusione della tecnologia indossabile è la
riduzione dell’ingombro e l’ottimizzazione del confort per l’u-
tente, che ne rendono difficile la realizzazione pratica a com-
ponenti discreti.Inoltre, le soluzioni a discreti possono soffrire
di maggiore dispersione delle prestazioni dovute alle tolleranze
dei singoli componenti. Variazioni delle correnti di polarizzazio-
ne, del range dinamico e delle correnti di perdita possono avere
un impatto negativo sulle prestazioni del dispositivo.
Le soluzioni system-on-chip sono tipicamente più compatte e
garantiscono un’integrazione migliore dei circuiti analogici e
dei microcontrollori rispetto alle soluzioni a discreti. Tuttavia, i
progettisti di questi sistemi sono spesso limitati nelle prestazioni
analogiche raggiungibili, a causa dei vincoli imposti dai processi
di fabbricazione di questi sistemi. Tali processi sono spesso gui-
dati dal desiderio di raggiungere elevatissimi livelli di integrazio-
ne dei componenti digitali (come ad esempio più memoria e
più funzioni digitali per millimetro quadrato). Di conseguenza,
vengono introdotti dei compromessi sulla corrente di perdita e
sul rumore nella sezione analogica del sistema, che non sono
accettabili per dispositivi medicali dalle prestazioni ottimali.
Soluzioni di ON Semiconductor per dispositivi medicali in-
dossabili
Nell’autunno del 2014, On Semiconductor ha lanciato Struix,
un nuovo concetto di prodotto. Struix, che significa impilato in
latino, combina un ASIC personalizzato e un microcontrollo-
re standard per varie applicazioni in un singolo sistema
miniaturizzato. Questo approccio offre ai produttori di
dispositivi medicali il meglio di entrambi i mondi: l’a-
bilità di affrontare le specifiche stringenti di interfacce
proprietarie dei sensori con un chip personalizzato, ri-
ducendo al contempo i rischi e i costi associati alla pro-
gettazione, grazie all’impiego di componenti di elabo-
razione standard. La figura 1 mostra la struttura di un
tipico componente basato su Struix.
In figura 1 il chip superiore è un esempio di interfaccia
proprietaria per sensori, mentre il chip inferiore è un
microcontrollore standard basato su ARM Cortex- M3
(ULPMC10). Questo microcontrollore è progettato
specificatamente per applicazioni a bassa potenza ed è
compatibile con l’impilaggio dei chip. In questo esempio i due
chip sono impilati un package QFN 6 mm x 6 mm, ma altre op-
zioni di packaging sono disponibili. La realizzazione di un pro-
dotto Struix inizia dallo sviluppo di un’interfaccia dedicata per i
sensori. Questo processo di progettazione beneficia del patrimo-
nio di proprietà intellettuale di ON Semiconductor nell’ambito
di applicazioni a bassa potenza, condizionamento del segnale
a basso rumore, amplificazione e conversione. Alcuni esempi
dei blocchi funzionali disponibili includono convertitori a 24 bit
operanti con meno di 2,4 pJ per livello di conversione e ampli-
ficatori differenziali a basso rumore che assorbono solo decine
di microampere. Il flusso di sviluppo di un’interfaccia dedicata
per i sensori nasce dalle specifiche del particolare sensore del
cliente e prosegue con la progettazione, l’implementazione, il
test e la qualifica. In parallelo a queste fasi, il team di sviluppo
dell’applicazione del cliente è in grado di sviluppare il codice
sul microcontrollore ULPMC10, necessario per l’applicazione
finale. ON Semiconductor offre una piccola scheda di svilup-
po che è adatta a operare da sola o collegata a un prototipo
dell’interfaccia del sensore appena disponibile. Ciò consente al
cliente di valutare le prestazioni di un’applicazione finale prima
della fase finale di produzione. La maggior parte dei dispositivi
medicali funziona in modalità periodica (cioè il sistema passa la
maggior parte del tempo di fase di sleep rispetto alla fase attiva).
Il microcontrollore ULPMC10 si adatta a questa modalità ope-
rativa offrendo una corrente in fase di sleep estremamente bassa
(solo 200 nA) con un circuito di real-time clock sempre attivo.
Nella fase attiva il microcontrollore consuma meno di 200 µA/
MHz a pieno carico del processore ARMCortex-M3 ed eseguen-
do il codice direttamente dalla memoria flash a bordo del com-
ponente. In questo modo è possibile estendere la durata della
batteria consentendo, insieme all’uso di batterie più piccole, la
realizzazione di dispositivi medicali più compatti e quindi dalla
maggiori potenzialità.
Maggiori informazioni sull’approccio Struix di ON Semicon-
ductor sono disponibili su:
www.onsemi.comFig. 1 – Esempio di chip impilati con la tecnologia Struix
Proprietary
Sensor Interface
ULPMC10
Microcontroller