医疗电子产品对MCU提出的技术挑战

　　【哔哥哔特导读】医疗健康在马斯洛需求层次第二层安全需求里面，医疗健康对人类有着重要意义。随着时代发展，人们也越来越注重自身的健康，中国医疗电子市场因此壮大。医疗电子的发展趋势是怎样的?医疗电子的发展趋势对MCU提出了怎样的要求?

　　前言：

　　由于人口老龄化和生活方式疾病增多等因素，医疗电子市场预计将快速增长;医疗电子市场调研报告显示，2021年，全球医疗电子市场规模达到325.77亿元(人民币)。报告预测至2027年，全球医疗电子市场规模将会达到715.69亿元，预测期间内将达到14.02%的年均复合增长。相对于消费电子领域，医疗电子领域增长是长期稳定的，由于现阶段亚健康人群比较多，2019年数据显示中国患有慢性疾病的人群有8.35亿，随着时代发展，人们也越来越注重自身的健康，中国医疗电子市场因此壮大。随着医疗电子往智能化、便携化方向发展，对于MCU也提出了更高的要求。

　　图源包图网

　　医疗电子市场现状

　　据前瞻产业研究院发布的《中国医疗器械行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》统计数据显示，2019年年我国医疗器械市场规模突破6000亿元，未来5年(2019-2023年)均复合增长率约为14.41%%，并预测在2023年我国医疗器械市场规模将突破万亿元，达到了10767亿元。

　　媒体公开数据 半导体器件应用制图

　　医疗器械市场规模统计

　　值得一提的是，据北京研精毕智统计在国内MCU市场下游应用领域占比情况中，2021年汽车电子、工业电子和消费电子占比位列前三名，其比重分别约为32.8%、22.4%和19.1%，医疗健康和其他领域占比为13.5%和12.2%。其中汽车电子和工业控制应用对MCU的需求增长是最快的，预期到2023年工业/医疗电子的市场份额将赶上消费电子，达到92亿元人民币。

　　医疗电子领域主流技术解决方案

　　家用医疗电子市场为医疗电子市场细分市场，近几年特别是疫情这几年市场规模逐渐扩大，根据《中国医疗器械行业蓝皮书(2020)》发布的数据显示，2020年我国家用医疗器械的市场规模已达1521亿元，2016年至2020年的五年间，市场规模的年均增速约为25.94%。美国风投和私募股权公司Insight Partners数据显示，2020年，全球家用医疗器械市场规模达336.35亿美元;预计到2028年，该市场规模将达571.03亿美元。据悉，常见的家用医疗电子设备有体温计、血压计、血糖仪等，其主要特征在于操作简单、体积小巧、携带方便，可为用户的健康提供及时精确的数据检测。

　　武汉芯源半导体营销总监陈巧谈到：“我司在医疗电子市场前期主要是导入一些消费医疗项目。比如我们的CW32F003系列24Pin规格的产品有在指夹式血氧仪项目上应用，CW32高精度的ADC可以提高血氧仪的弱灌注，提高指夹式血氧仪的采样精度，另外，24pin脚的规格产品资源相较其他同类产品更丰富。”

　　医疗电子MCU面临的技术要求及挑战

　　医疗电子终端设备对于安全性可靠性的标准非常高，医疗电子领域MCU需要通过芯片安全性可靠性的标准。据了解，关于芯片安全可靠性的标准主要有IEC 61508 SIL3功能安全认证、NISTFIPS140-2以及IS0 26262功能安全管理体系认证等等。极海半导体个人消费芯片事业部产品经理沈强表示到：具备强大的安全性是大量无线智能医疗设备实现持续稳定增长的前提。设备开发人员使用经过安全认证的芯片才能保障设备数据足够安全。极海半导体APM32系列MCU先后通过IEC 61508 SIL3功能安全认证、IEC 60730软件安全认证、以及IS0 26262功能安全管理体系认证，可为各类嵌入式应用构建安全防线。

　　医疗电子终端设备除了要求MCU具有安全性、可靠性，还要MCU具有高集成度。这不仅仅是医疗电子领域MCU的要求，随着产品智能化的发展，高集成在各领域都成为了一种趋势。高集成度的MCU具有较高的性能、更小的体积，成本也会随着下降，最重要的是高集成度的MCU可以满足医疗电子终端设备，特别是穿戴式医疗设备在功耗、性能、体积等方面的要求。

　　另外，低功耗是MCU的一项非常重要的指标，比如某些可穿戴的设备，其携带的电量有限，如果整个电路消耗的电量特别大的话，就会经常出现电量不足的情况，影响用户体验。在医疗电子领域的MCU也需要考量这一指标。

　　在今年，ST(意法半导体)就发布了一款新系列32位通用微操控器产品，此系列产品将大幅延伸医疗保健设备的电池运用寿数。STM32L0超低功耗系列微操控器依据32MHz ARM Cortex M0+处理器内核，内置12位模数转换器(ADC) 和USB FS 2.0无晶振型解决计划。新系列STM32微操控器让客户可以获得史无前例的低功耗，整合高能效的ARM Cortex-M0+内核、优化架构、电源办理形式、超低功耗外设、支撑节能型USB功用、独有的超低功耗制作工艺。

　　图源意法半导体官网

　　沈强先生强调到：“医疗电子终端设备十分注重安全性与可靠性，要求核心元器件同时具备超低功耗、高集成度、高安全性、强大实时处理性能、更多拓展功能，这是芯片原厂不断提高与突破产品性能的技术关键点。在主控MCU设计上，如何在更小的封装中实现更高的性能、更快的处理与连接、更多的拓展功能，则是要攻克的技术难点。”

　　医疗电子终端设备发展趋势

　　目前，医疗电子终端设备正在往智能化，便携化方向发展。随着智慧医疗产业的发展，我国越来越重视智能医疗产品和公共医疗卫生领域的投入，更多的智能医疗电子终端产品出现在我们的生活中，智能医疗终端治疗仪、智能医疗电子终端手环，智能医疗电子终端血糖检测器等，为我们提供了更安全简单的智能医疗服务，而这些产品也呈现出一种便携化的趋势。医疗电子终端设备智能化、便携化对于MCU的性能都提出了更高的要求，未来选用的MCU必须具备高性能、高集成度、高运算能力、低功耗的特质。

　　医疗电子市场未来发展空间

　　随着医疗信息化的不断进展，居民对自身健康的关注度不断加强、我国医疗电子产业呈现高速增长，年增长率在15%以上。因为中国本身巨大的人口基数、老龄化人口逐年递增加之相关政策的支持等的原因，医疗电子产品的销售正在高度增长。

　　据了解，安森美曾透露到中国市场潜力很大，安森美医疗半导体器件销售数据呈现每年两位数增长的趋势。2019年中国区营业额大约为3亿元人民币左右，却只占整个公司营业额的1%不到，经过市场调研发现，中国医疗行业的投入只占中国GDP的6.8‰从以上数据可以看出医疗电子领域半导体器件缺口还是很大的，市场具有发展的潜力。武汉芯源半导体营销总监陈巧也表示:“我司持续看好医疗电子领域的长期成长。医疗电子领域对MCU的技术要求是长期的，一直都存在技术创新的空间和新的商业机会。我司将在围绕MCU的多项核心技术领域持续投入研发，始终保持创新活力，随时准备在医疗电子等专业市场把握新的成长机会。”

　　极海半导体致力于开发工业级/车规级MCU、高性能模拟芯片及系统级芯片，团队拥有20年集成电路设计经验和嵌入式系统开发能力，可为医疗电子领域提供低功耗、高性能、高品质的芯片产品与应用方案，助力医疗电子设备性能与价值的有效提升。极海半导体个人消费芯片事业部产品经理沈强透露到：“面向医疗电子领域，极海半导体已推出主控芯片32位APM32系列MCU、以及具备无线传输性能的 GW3323双模蓝牙5.2 SoC等产品。未来，极海还将推出更多集成无线连接的高性能MCU、数模混合芯片，以满足不断变化的市场需求。这些产品在设计时会充分考虑医疗电子设备节能、小型化、便携式的特点，同时兼顾数据安全、使用寿命、灵活性等。”

　　结语：

　　著名心理学家马斯洛把人的需求分为了5个层次，第一层为生理需求，当一个人的生理需要获得满足以后，就希望满足马斯洛需要层次的第二层，安全需要。安全需求简单来说就是解除对年老、生病、职业危害、意外事故等的担心。若第二层需求无法满足，那么就无法企业去追求第三、第四、第五层的需求。可见医疗健康对人类极其重要。医疗电子终端产品要不断往智能化、便携化方向发展才能更好地服务人类，但同时也存在一些技术挑战，任重道远，期待MCU厂商能实现更多技术上的突破。

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