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【布局】类比半导体推出全新车规级ECG+HOD芯片
发布时间:Sunday 14th of April 2024 09:15:55 AM 来源:AYX在线 作者:ayx最新官网下载

  集微网消息,车载方向盘ECG系统可实现对驾驶员心电图检测、心律异常检测、疲劳驾驶以及情绪检测等及时判断和预警;车载座椅ECG系统可实现对家人心脏健康的实时监测和关注,同时提供长期心电图监测的数据有利于增加医生在心脏疾病医疗诊断的判断准确性……这些都是车载健康监测技术的典型应用场景。随着智能驾驶座舱的推广和普及,作为重要组成部分的车载健康监测技术近年来也在快速发展中。然而,车载电磁环境的复杂性以及各种工况(比如速度、颠簸、振动)的多样性使微弱ECG信号的精准采集面临更多挑战,这些因素对ECG系统的硬件和软件系统都提出了更高的要求。

  系统级芯片供应商类比半导体(Analogysemi)最新推出的自主定义车规级ECG模拟前端芯片ADX923Q系列,用于专业的动态心电图检测,针对上述车规应用的挑战因素从硬件层面实现了诸多提升。

  随着大数据以及AI智能健康软件应用的发展,软件ECG相关的算法在精度、多样性、可靠性以及云诊断技术都取得了长足的发展。与之相应的,硬件系统层面也需要更多的创新和突破。

  据了解,在ECG 硬件系统中,AFE ECG芯片是整个系统的关键,如何设计满足车载ECG系统的AFE ECG芯片,则需要解决以下几个重要的问题,包括:

  1. 车规应用在温度上有更高要求 -40°C - 105/125°C (各车企最高温度要求不同);

  据悉,此次类比半导体推出的全新车规级AFE ECG芯片ADX923Q产品能够满足上述车载ECG芯片需求。ADX923Q产品基本功能包括:该产品是多通道、同步采样、24 位、Δ-Σ (ΔΣ) 模数转换器 (ADC),具有内置可编程增益放大器 (PGA)、内部基准和板载振荡器,包含了汽车方向盘、座椅、便携式、低功耗医疗心电图 (ECG)、运动和健身应用中通常需要的所有功能。同时,ADX923Q 具有高集成度和卓越性能,能够以显著减小的尺寸、功耗和总体成本创建可扩展的医疗仪器系统,其每个通道都有一个灵活的输入多路复用器,可以独立连接到内部生成的信号,用于测试、温度和导联脱落检测,还可以选择任何输入通道配置来导出右腿驱动 (RLD) 输出信号。

  此外,ADX923Q以高达8 kSPS的数据速率运行,可以使用器件内部激励电流吸收器或电流源在器件内部实现导联脱落DC检测,使用内部DDS激励源实现导联脱落AC检测。ADX923Q 版本还包括完全集成的呼吸阻抗测量功能,ADX923Q版本还包括集成的模拟起搏(PACE)检测功能,单通道3导检测功能和可配置低频噪声信号滤除功能,且所有器件支持车规功能安全特性需要的故障诊断检测功能。这些器件采用 4 毫米 x 4 毫米、32 引脚无引线方形扁平封装 (QFN with Wettable flank) 封装,工作温度规定为 –40°C 至 +125°C。

  值得一提的是,为应对车规应用上的挑战,类比ADX923Q在芯片层面做了一系列的设计实现,包括:

  1. 产品从工艺、设计、封测、量产都满足车规级的一系列要求,支持车规功能安全要求并满足AEC-Q100 Grade1标准。具体来看,该芯片系列的所有PIN ESD HBM 支持+/-4 kV, 电源PIN ESD HBM 达到 +/- 8kV。

  2. 改善了输入阻抗并提高差分阻抗系数;具备64档DC离手检测电流选择,同时芯片DC离手检测自带50Hz/60Hz工频滤除功能,节省软件工频滤波开销。

  3. 对于干电极的检测挑战,类比则推出硬件AC离手检测方案,支持4KHz和500Hz的2种 AC激励源硬件算法AC检测,同时支持125Hz到8KHz的软件AC激励源软件算法检测,另外基于AC离手检测原理可适用于目前L2及以上自动驾驶HOD检测。

  5. 支持通信ECG数据和设备命令字CRC校验,保证通信链路传输的可靠性;支持PGA输入超量程检测,时钟故障诊断,数据和命令字传输出错诊断,非法命令字检测,上电芯片故障自检,输出PIN 短路地和短路电源检测,通信超时复位通信接口和数据帧丢失检测等功能安全特性。

  6. 对于座椅ECG应用,类比半导体创新地引入电极轮转(ERM), 使其仅使用单通道ADC即可实现三导ECG数据的采样监测。

  7. 芯片支持深度最大为12的FIFO,具备本地存储24组ECG数据的能力,可平衡通信和数据处理速率的适配问题,同时减少对μC设备占用时间。

  8. 芯片内置模拟PACE检测电路,可实现对起搏脉冲信号的检测,该功能可省去外围分立起搏电路的元器件,优化板级电路设计和减少成本。

  (集微网报道)随着英伟达收购案被画上终止符,围绕Arm公司本身的热议逐渐降温。但是在处理器的世界中,Arm架构依然在快速生长着,除了苹果公司引人注目的M1系列芯片,数据中心的Arm势力也在不断增长。以亚马逊、阿里为代表的云计算巨头正在自研Arm处理器的路上越走越远,使用Arm芯片的服务器也在不断投入使用,数据中心处理器格局正在悄然发生改变。

  腾讯云在2021年底发布了CVM 标准型SR1服务器,可用于各种类型和规模的企业级应用等。这款服务器吸引人的地方不在于其他配置,而是内置的Arm处理器——2.8GHz的Ampere Altra处理器。根据相关评测,SR1服务器的算力性价比超过了同等配置的S5(配置Intel至强Platinum 8255C CPU)服务器,最高有83%的性能提升。

  无独有偶,阿里云也发布了类似的服务器,同样采用Ampere Altra处理器,可用于网站和应用服务器、游戏服务器等场景。如果进一步观察,金山云、京东云等国内云服务商也推出了自己的Arm处理器服务器实例。算上更早就与Arm展开合作的百度云和华为云等,国内的云服务商已经开始全面拥抱基于Arm处理器的服务器。

  放眼国际数据中心市场,云计算行业的巨人亚马逊云科技(AWS)早已从Arm架构获益良多,也为其他厂商选择Arm处理器芯片树立了典范。

  2018年底,AWS首次公开基于Arm架构处理器Graviton的云实例EC2 A1,将部分工作负载能耗降低至45%。2019年底,二代处理器Graviton2发布,基于该处理器的EC2 T4g、M6g、C6g等实例将针对各种工作负载又提升了40%的性价比。鉴于其优异的表现,AWS也揽入了Domo、F1方程式赛车、Snap等一干重量级客户。

  借势而上,AWS又在2021年12月推出了Graviton3。这代处理器的性能更为强大,与上一代Graviton2相比,计算性能提高了25%,浮点和加密工作负载性能提升2倍,机器学习工作负载性能提升3倍,而能耗则减少了60%。

  同时,AWS还发布了采用了Graviton 3的C7g应用实例,也是业界首款采用Arm Neoverse架构并支援DDR5的云端应用实例。AWS为C7g指定了多个应用场景,包括高性能计算、批处理、电子设计自动化(EDA)、媒体编码、科学建模和基于CPU的机器学习推理,相比于当年Web 服务器、容器化微服务、数据/日志处理和其他可以在更小的内核上运行轻量级工作负载,Arm架构的服务器芯片已经取得了惊人的进步。

  几年之前,尽管有厂商推出Arm服务器芯片,但都无果而终,数据中心始终不见Arm芯片的身影。Graviton芯片的开发和使用是一个转折点,让Arm服务器芯片真正实现落地,有机会在大规模数据中心中一展身手,而软件合作伙伴也可以加入并证明其堆栈和应用程序可以与ARM架构所兼容。现在,Graviton处理器已经遍布AWS的全球网络,以不同的方式在23个AWS服务地区和十几个不同的EC2实例类型中可用。

  AWS的成功也引发了行业的潮流。华为研发出鲲鹏920芯片,并推出了基于该芯片的TaiShan服务器。阿里旗下半导体公司平头哥也发布了服务器芯片倚天710,使用了最新的Arm v9架构,并计划在将来应用在自己的服务器中。此外,微软、谷歌等巨头也相继启动了自研芯片的计划。

  未来网络基础设施有着多样化的需求,云计算服务商和超大型网络公司也在进行各种层面的创新。这些都在驱动数据中心不断升级,从上层应用到整机,最终扩展到服务器处理器的层级。

  IDC指出,以5G、人工智能、物联网为代表的新兴技术正在推动人类进入智能社会,加速了智能化应用爆发性发展,自动驾驶、云游戏、VR/AR等智能化应用的兴起,使得传统单一的X86架构产品很难满足多样化的计算场景需求。

  为了应对不同工作负载所带来的挑战,异构计算大行其道,使得服务器容纳了越来越多元化的处理器架构。而Arm架构处理器不只具有运算核心数量较多、功耗较低等优势,也更容易与Arm架构的移动处理器互联互通,可在最短时间内快速处理很多特殊工作负载,因此大受欢迎。

  Arm处理器芯片的硬实力也在不断增强,AWS、华为和阿里平头哥所研发的芯片性能都可以与X86架构主流芯片相抗衡。独立开发商Ampere的芯片也受到市场的追捧。

  并且,Arm生态以前最被人诟病的软件短板也被逐渐被补齐。当前,所有大型的操作系统,如Linux、BSD、windows都可以得到Arm架构的支持。容器化,包括虚拟化工具如docker、VMware、KVM和Kubernetes都可以在Arm架构运行。编程语言,包如CUDA和Java也都可以得到Arm的支持。

  获得软件层面的支撑,意味着Arm架构与X86架构在面向客户时已无巨大差别。有云服务商人士就表示,其很多客户不在乎采用Arm还是x86,而是关心系统运行速度更快或费用更低,或者哪种服务器有更多内存。“这就是发生重大转变的地方,甚至有一些客户表示愿意采用数千台Arm服务器。”

  选择Arm架构对于云服务提供商来说,不但满足了更多样化的算力需求,也成为其市场竞争的强力武器。行业人士指出,云服务头部厂商基本定型之后,价格战就成了拉拢新客户留住老用户的必经之路,Arm服务器芯片带来的高功效意味着可以推出定价更低的实例。

  以Graviton2为例,其在在几乎所有工作负载上都击败了Epyc 7571的性能,同时也击败了Intel的Cascade Lake,而且其价格更有优惠。

  需要注意的是,Arm架构在数据中心面临的挑战依然强大。即使是增速惊人,到2025年,Arm架构在数据中心预期的市占率也只有25%。X86依然是数据中心的主流架。


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