帮助医疗企业转型，ADI是认真的：医疗健康芯片本土化再突破

作者: 付斌

贝索斯曾说过：“人们经常问我：未来10年什么会被改变？我觉得这个问题很有意思，也很普通。从来没有人问我：未来10年，什么不会变？”对现代人来说，对于健康的追求一定是永恒不变的。对健康进行消费，也会十年内不会变的趋势。

从现代医疗来看，可穿戴设备和安全认证是两大热门话题。日前，ADI就围绕两个话题进行了探讨，并向EEWorld解析了全新发布的VSM芯片产品ADPD7008、ADPD700X以及ADI安全认证芯片在在医疗设备配件中的应用。

VSM芯片矩阵新产品：ADPD7008、ADPD700X

时间回到2022年和2023年，ADI中国团队相继推出ADPD6000系列与ADPD7000系列。在这一年之中，医疗和可穿戴市场又发生了巨大的变化，全新的ADPD7008和ADPD700X便是ADI在2024年给出的答案。

根据ADI中国产品事业部高级市场应用经理何源解析，可穿戴设备市场跟手机很类似，一年或者两年就会迭代一两代，ADPD系列产品也在跟随市场需求而不断推陈出新。

去年发布的ADPD7000包含PPG（光电容积脉搏波描记法）、ECG（心电图）、Bio-z（生物阻抗分析）三大功能。这三点功能在今年发生了一些变化：第一，无论是成人的穿戴设备，还是儿童手表PPG几乎成为标配；ECG更多与行业专业领域相关，更多在于辅助医疗相关应用；Bio-Z是冉冉升起的新热点，作为下一代智能手环、手表的新功能，市场已展开相关工作。

ADPD7008、ADPD700X两款产品应运而生，从ADPD6000到ADPD7000，ADI做了加法，把更多东西集成在一起，而从ADPD7000到ADPD7008、ADPD700X，ADI都使用用“7系列”进行命名，顾名思义，为的是提供一个更灵活的产品矩阵。

ADPD7008:专注PPG

ADPD7008和ADPD7000有什么区别？ADPD7008是一个更专注PPG的产品，何源比喻道，就像去川菜馆吃饭一样，ADPD7000是一个大而全的东西，什么都做，但有的人只喜欢吃毛血旺，ADPD7008就是为了满足这些人需求的一个产品。

从指标上来看，ADPD7008为8LED 4PD组合；9KHz宽报点率可以适配各种各样心率捕捉算法需求，也就是说一秒钟最快可以报9000个点；因为功能更纯粹了，所以功耗更低了，性价比更高了；整体与ADPD7000系列PIN to PIN，方便讲产品设计沿用到高中低不同档位产品中，大大简化设计过程。

相比ADPD7000，ADPD7008新增了自研的活体检测方案，以此防止接触其它材料时出现误报的情况，该方案会跟随芯片送给客户。此外，针对系列芯片也增加了完备的算法组合和量产组合，方便中小企业客户使用。


“ADI并不只是卖芯片，而是一个从光学结构、软件硬件、算法到量产均覆盖的全栈解决方案。”何源举例说，就比如厂商用了ADI的芯片设计出手表，ADI会把手表光设计得、玻璃厚度、产品防水防尘性能之类的情况转化成可量化的数字，最终利用数字映射到偏离度，来看能不能满足算法需求，帮助客户设计出最好的产品。

ADI也做了一套软件上层方案。事实上，实际上工厂工人是不会帮助测算上述所说的各种参数，ADI这套方案就能便捷地帮工人测算产品参数，只需要插上USB或者连接蓝牙，只要点击软件的按钮就能自动测试全流程参数，这对中小企业来说非常方便。

ADPD700X：专注Bio-Z

与ADPD7008类似，APDP700X也是专注一项功能的产品，而它对应的领域是Bio-Z，即体脂率、身体健康、心理、情绪、压力、抑郁等方面的测试。

从指标来看，因为功能更专注，其尺寸仅为2.2×1.8mm，外围也很小；由于减掉其它模块，整体功耗会更低，性价比更高，干扰也会降低很多，进而拥有更好的信噪比和动态范围；同样拥有误差/寄生校准专利和更低功耗的Lead-on硬件级检测，不需要通过软件、芯片可以直接判断佩戴状态；比ADPD7000兼容更多借口，包括SPI、I2C等。

ADPD700X系列可以与ADI或者其它友商方案直接进行匹配，比如说当前设计中已经存在PPG，但还想增加Bio-Z功能，直接增加ADPD700X即可，无需修改原来的工程设计，产品搭配非常灵活。


ADPD700X相比过去拥有诸多升级，基于BIA专利架构的升级是则是其中最值一提的。其原理是手表两个电极发射电波，以不同频率穿透身体，通过返回的相位差测量阻抗状态，据此再来反推体脂率等指标。听起来似乎很简单，但扫描频率很小时，阻抗就会很大，误差就会很大，扫描很快时，就会被寄生电容所影响。

用BIA专利就能解决这样的问题，可以使得整体误差值迅速下降到2%以内。配合ADI的算法，无论用户是成人还是孩子，无论是保持身材、要减肥还是知道自己每个月、每周的状态是什么样的，都是用它检测。

基于EDA的检测是ADI另一个独有技术，它能够检测情绪、压力、精神疲劳、抑郁、路怒等心理健康状态，对此ADI新开发无损分离的算法，当用户佩戴时，基于SCL水平就可以大概判断出来用户平时的状态。


在实际PCB设计中，由于存在模拟信号，会产生干扰，所以这些如何与电源、开关、天线搭配也会是难题。ADI希望客户能够用更低成本实现方案，因此提供全套的设计，客户只需使用ADI公板设计产品即可。如果客户对成本更敏感，ADI也提供两层板的走线设计。


总之，如何为客户提供一整套的方案一直是ADI所考虑的东西，本地开发和落地支持也是ADI在这一产品线上所强调和秉承的原则，所有的设计、所有的问题国内都有专门的人负责。

ADI安全认证芯片：四种医疗应用

ADI安全认证芯片产品最初来源于达拉斯半导体，这个产品线从达拉斯半导体到美信到现在的ADI，很多技术应用都得到了很好的积累和传承。

这一产品线本身在金融、工业、医疗、消费电子乃至汽车电子均有所应用，具体包括IP保护/License管理、防伪、网络安全三大领域。

据ADI安全产品线总监刘武光介绍，具体到在医疗领域，ADI安全认证芯片可应用在四个领域之中：

电子标签功能：配件种类多、兼容性、生产信息、维修和替换、质量分析和跟踪等管理问题；
自动校准传感器：医疗传感器普遍存在一致性差，在使用现场进行校准比较困难，要求主机设备能够自动校准传感器；
计数器功能：有些配件的性能与使用次数或者时间有关，甚至是抛弃型的一次性耗材，为了避免医生使用超期配件，影响治疗效果，甚至引发医疗事故，需要对配件的使用寿命进行管理和控制；
防伪认证功能：对于大批量、高附加值的耗材，市场经常会出现山寨配件，若使用这类配件，会严重影响设备的安全和性能，甚至引发严重的后果，为了保证机构和个人使用的是原厂配件，需要增加身份识别功能。


安全认证芯片背后的技术：加密算法、PUF、1-Wire

实现以上功能，加密算法是关键。算法一般简单地分为对称算法和非对称算法。在医疗设备中，如果是简单的单片机做运算，对称算法的代码很容易被读取。而使用非对称算法，主机代码只会使用公钥，通过公钥无法推理出加密芯片的私钥，因为算法不可逆，这意味着加密芯片无法被伪造。

在非对称算法的加持下，ADI安全认证芯片展现出四点技术优势：一是国际标准的安全算法，二是安全的密码存储和管理，三是侧向信道攻击保护，四是攻击检测传感器及芯片自毁响应。


ADI还有进一步提高密码安全性的管理方式，即PUF（物理不可克隆功能）技术。刘武光表示，之前加密芯片保护的内容通常存储在EEPROM、OTP（One Time Programmable）、Flash Memory内，即便攻击难度较高，但密码是客观物理存在的。

PUF技术是一种硬件安全技术，它利用固有的设备变化来对给定的输入产生不可克隆的唯一设备响应。在更高的层面上，PUF 可以被认为类似于人类的生物识别——它们是每一块硅的固有和唯一标识符。

所以，任何对芯片的物理攻击都是是没办法获取PUF所导出的密码的，包括下探针做剖层处理，ADI的IV单元（PUF单元）都会发生变化，这在一定程度上根本性地解决了芯片本体的安全性。


此外，在配件应用中，ADI提供独特的1-Wire接口技术。1-Wire单线通信技术，是ADI公司推出的一种专有的、半双工、双向的串行总线标准与接口技术。

使用1-Wire能够简化设计架构，减少电气防护的成本。在使用半双工的1-Wire时，一条线上能够提供三个功能：第一，给芯片供电，由于内部采用寄生供电的电容，不需要独立的供电线及额外的供电引脚；第二，芯片本身带出色的ESD保护，所以配件不需要再增加任何ESD防护性能；第三，每个1-Wire芯片有64位ROM-ID，每个芯片做到都不一样，可以提供一个全球的、可跟踪的、唯一的ID信息。


从芯片成本来看，ADI的安全认证芯片也极具优势。“在业内，我不能说我们的价格是最低的，但是我们的性价比一定是最好的。”刘武光分析道，首先晶圆成本对任何厂家来说价格相差无几；其次测试成本上，ADI作为高品质公司，在产品测试上秉承百分百测试的原则，比如存储器会进行两轮温度循环测试，尤其在医疗上会对质量有更好的把控，但整体也会有很好的成本；最后是封装成本，WLP封装成本成本优于带引线、带托架的成本，在一定程度上，可以把成本进一步降低。

医疗安全认证芯片：任何应用都适配

具体到医疗应用中的安全认证芯片，主要包括四类产品：

第一类，存储类，提供OTP或者EEPROM两种选项，其中EEPROM也可以设置为OTP的模式。


第二类，对称加密算法产品，即采用ADI SHA-3算法引擎的产品。这一产品线市场选择非常丰富，包括TO-92、晶圆级封装（WLP）等多种封装形式，也包括1-Wire、I²C、SPI等不同接口。


第三类，非对称加密算法产品，与上述产品类似，提供多种选项。其中DS28E83/DS28E8适用于采用伽马射线消毒的医疗配件中，在伽马射线的场景下，一般的存储器无法承受伽马射线强度，存储内容容易丢失，因此该产品增设了保护层，可将射线反射，保证存储不受射线影像。


第四类，NFC/RFID双接口产品，这类产品比较适合于试剂类，瓶装的或者袋装的配件或试剂。


实际应用方面，刘武光表示心电监护、微创手术、医疗检查设备、液态药剂/血液蛋白制品/生化分析试剂、医美/康复设备、便携式监测设备配件是ADI安全认证芯片的六大实际领域。