便携式医疗电子产品主要是指植入式、口服式、穿戴式的生理参数检测和仿生系统等电子产品，系统级SoC(System on Chip)芯片作为这类产品的核心元器件，通常由信号采集、模数转换、信号处理、射频模块和电源管理等关键电路构成。SoC芯片一般使用微小型电池供电，使得产品性能和连续工作时间受到严重影响。当前，极低功耗成为推广便携式医疗电子产品应用的主要技术挑战。
近日，微电子所在“极低功耗系统级芯片”研发中取得重要突破，在专用集成电路与系统研究室主任黑勇研究员的规划指导下，由陈黎明博士带领的项目组围绕863课题——“面向医用集成电路的极低功耗数字信号处理器及电路实现关键技术研究”，对系统级芯片的极低功耗技术展开研究。在本课题中成功研发了一款高性能的音频信号处理器FlexEngine。FlexEngine为16bit ASIP结构，采用5~7级流水线，使用双哈佛存储结构，针对语音处理应用扩展蝶形算子，卷积，开方，除法等专用加速指令，可以根据不同的音频应用环境，定制个性化的音频修复功能。主要实现了音频多通道分离、听力补偿、噪声消除、反馈回声消除等核心音频处理功能。该平台在5MHz的频率下，能够满足语音信号实时处理的需求，功耗仅为600µW。
基于以上成果，该项目组正在研究一种全新的异构多核音频信号处理平台：以FlexEngine为主控核心，通过高效的片上互连机制，集成多个可配置的ASIC语音功能节点。该平台提供一种灵活、通用的音频应用开发环境，其先进的硬件架构实现了性能、功耗、灵活性和成本的最优化折中。目前，该项目组已突破系统级芯片极低功耗的关键技术，研发的语音处理平台性能和功耗指标均达到业内要求，为进一步开展更高性能、更低功耗的音频处理器研发和产业化奠定良好的基础。值得一提的是本项目的研究思路和研究成果可以推广到其他便携式医疗电子应用领域，促进医疗仪器与设备行业的大发展，开创远程医疗和社会医疗保健崭新的未来。
图1 FlexEngine芯片（左）
FlexEngine测试环境（右）
科研工作