醫療電子:從治病向保健延伸,便攜產品領風騷

　　體佩式設備需要的技術

　　Maxim戰略市場應用經理Steve LaJeunesse介紹了醫療電子的技術概況。

　　超低功耗模擬測量電路、低功耗微控制器(MCU)上運行的先進的處理和motion rejection算法是實現體佩式傳感器的第一步。來自患者或使用者的信號通常很小，且充滿需要濾除的模擬噪聲信號。濾除噪聲后，鑒于數據反映的是最為隱私的個人信息，因此必須加以安全保護，以防被他人獲取。通過先進的加密技術對數據進行安全保護后，將數據通過短距離無線連接發送至手機。內部電池的高效電源管理(如：Maxim的ModelGauge)和能量收集技術可使傳感器長時間保持工作。

　　超低功耗模擬測量

　　模擬電路是來自現實世界的信號與微控制器的接口。低功耗、高精度放大器(如：Maxim的MAX9617系列)具有低功耗、低噪聲、零失調和超小尺寸封裝等特性。該系列放大器能夠最大程度地減小方案尺寸，并且在整個工作過程中無需校準。

　　先進的處理/算法

　　醫學研究工作者在過去的十年內努力使機器在醫療領域發揮更大的作用，其中最主要的成就是發展了能夠準確識別人體相關信息的算法。憑借這些成果，可以使用簡單的微控制器對人體信息進行收集和預處理，為專家診斷做準備。

　　安全

　　來自患者的數據是極為隱私的，必須加以安全保護。目前有多種方法可用于對從患者或用戶端收集的數據進行安全保護。Maxim在安全微控制器市場居于領先地位，所提供的醫療應用方案(如：DS28E01)可用于現今多種不同類型的醫用設備。

　　低功耗微控制器

　　集成微控制器的功耗不斷降低，使得采用單節鋰電池支持超長時間工作成為可能。Maxim的MAXQ系列微控制器可用于電池直接供電的應用，強大的計算能力能夠支持現今先進的算法。該系列微控制器能夠無縫連接至低功耗、短距離無線裝置，如：藍牙或ANT+。

　　能量收集

　　得益于前面提到的設備在降低功耗方面的成績，從各種能量源(如：太陽能、熱能或壓電傳感器)收集的能量有了用武之地。Maxim的MAX17710能量收集充電器和保護器能夠將收集的能量加以利用。在未來5年內，微型收集源將使這種技術成為主流。

　　上述技術的融合是體佩式電子設備的發展趨勢。現在，設計一個僅靠單個鋰紐扣電池供電的設備(如：無線ECG、心率、氧含量、呼吸、體溫監測設備)已經成為現實。測量來自傳感器的信息、對其進行數字化、然后發送至手機、進而傳輸給醫生。

　　便攜產品的低功耗策略

　　在醫療電子中，半導體制造商不能再僅僅是提供單獨的芯片或元件;相反，需要提供全套解決方案，讓便攜式醫療設備的設計和制造變得更快速、更簡單和更具成本效益。

　　Microchip(微芯)公司醫療產品部營銷經理Marten L. Smith舉例道，采用智能手機和平板電腦的便攜式醫療設備設計的數量正在迅速增長。單片機(MCU)供應商的趨勢是提供支持Apple和Android配件設計的開發系統。這些開發系統需要具有穩定、成熟的軟件庫，用于開發iPhone、iPad和iPod Touch的配件或Android智能手機和平板電腦的配件。此外，單片機制造商還應提供針對這些解決方案的技術支持。通過這種方式，醫療設備制造商可以獲得優勢，搶在競爭對手之前快速、簡便地將其新的智能手機和平板電腦配件設計投入生產，并銷售給客戶。

　　便攜式醫療設備的低功耗趨勢對于醫療設備制造商來說極為重要。在便攜式醫療設計中，還可以采用單芯片電池管理部件，從而高效地利用可充電電池。這些便攜式設計中的單片機需要諸如以下的一些特性：超低的休眠電流，以及每種休眠模式下的高效喚醒源。除了這些特性之外，滿足這種低功耗趨勢的一種獨特方法是讓電池制造商的設計人員與單片機制造商的設計人員進行合作，這樣，單片機設計可以更好地考慮如何高效地工作，以及從不同類型的電池中可能消耗的最低功耗。

　　便攜式醫療設備另一種正在不斷增長的趨勢是相互通信或與其他設備通信(點對點或通過網絡)。芯片的相應趨勢是提供Wi-Fi、Bluetooth、USB、以太網和其他通信協議的連接元件、協議棧和支持軟件。另一個重要的連接注意事項是數據安全和加密。應確保黑客永遠無法訪問醫療設備中的敏感數據，并且絕對無法控制該設備。

　　Microchip提供了用于Apple與Android配件開發的開發系統、軟件庫和技術支持，可以縮短可與智能手機和平板電腦通信的便攜式醫療設備的設計周期。

　　利用Microchip的超低功耗(XLP)技術，能夠獲得多種解決方案(如16位PIC單片機僅消耗10 nA的休眠電流)。Microchip還提供了全功能的單芯片電池管理部件，可為采用可充電電池的設計有效地延長兩次充電之間的時間。此外，通過與Energizer電池公司的合作，Microchip獲得了相應的技術專長，使Microchip能夠提供可最大限度提高便攜式醫療設備制造商電池壽命的元件和設計支持。

　　Microchip還提供許多無線產品，包括低功耗Wi-Fi、藍牙和其他無線模塊。　　

                 

　　個人醫療設備對MCU的需求

　　Silicon Labs單片機市場經理Shahram Tadayon指出，大多數個人醫療設備通常由電池供電并且以無線方式傳輸數據，因此必須采用超低功耗組件。高效節能的RF發射器、收發器與低功耗單片機協同工作，可以為遠程醫療設備提供無線連接。此外，無線MCU這一高集成度的器件，結合了低功耗MCU內核與高性能RF收發器 ，現在已經廣泛使用。例如Silicon Labs公司Si10xx系列無線單片機，為電池供電型應用提供超低功耗操作，并具備較長的傳輸距離和優異的RF靈敏度。