医疗电子:从治病向保健延伸,便携产品领风骚

体佩式设备需要的技术

　　Maxim战略市场应用经理Steve LaJeunesse介绍了医疗电子的技术概况。

　　超低功耗模拟测量电路、低功耗微控制器(MCU)上运行的先进的处理和motion rejection算法是实现体佩式传感器的第一步。来自患者或使用者的信号通常很小，且充满需要滤除的模拟噪声信号。滤除噪声后，鉴于数据反映的是最为隐私的个人信息，因此必须加以安全保护，以防被他人获取。通过先进的加密技术对数据进行安全保护后，将数据通过短距离无线连接发送至手机。内部电池的高效电源管理(如：Maxim的ModelGauge)和能量收集技术可使传感器长时间保持工作。

　　超低功耗模拟测量

　　模拟电路是来自现实世界的信号与微控制器的接口。低功耗、高精度放大器(如：Maxim的MAX9617系列)具有低功耗、低噪声、零失调和超小尺寸封装等特性。该系列放大器能够最大程度地减小方案尺寸，并且在整个工作过程中无需校准。

　　先进的处理/算法

　　医学研究工作者在过去的十年内努力使机器在医疗领域发挥更大的作用，其中最主要的成就是发展了能够准确识别人体相关信息的算法。凭借这些成果，可以使用简单的微控制器对人体信息进行收集和预处理，为专家诊断做准备。

　　安全

　　来自患者的数据是极为隐私的，必须加以安全保护。目前有多种方法可用于对从患者或用户端收集的数据进行安全保护。Maxim在安全微控制器市场居于领先地位，所提供的医疗应用方案(如：DS28E01)可用于现今多种不同类型的医用设备。

　　低功耗微控制器

　　集成微控制器的功耗不断降低，使得采用单节锂电池支持超长时间工作成为可能。Maxim的MAXQ系列微控制器可用于电池直接供电的应用，强大的计算能力能够支持现今先进的算法。该系列微控制器能够无缝连接至低功耗、短距离无线装置，如：蓝牙或ANT+。

　　能量收集

　　得益于前面提到的设备在降低功耗方面的成绩，从各种能量源(如：太阳能、热能或压电传感器)收集的能量有了用武之地。Maxim的MAX17710能量收集充电器和保护器能够将收集的能量加以利用。在未来5年内，微型收集源将使这种技术成为主流。

　　上述技术的融合是体佩式电子设备的发展趋势。现在，设计一个仅靠单个锂纽扣电池供电的设备(如：无线ECG、心率、氧含量、呼吸、体温监测设备)已经成为现实。测量来自传感器的信息、对其进行数字化、然后发送至手机、进而传输给医生。

便携产品的低功耗策略

　　在医疗电子中，半导体制造商不能再仅仅是提供单独的芯片或元件;相反，需要提供全套解决方案，让便携式医疗设备的设计和制造变得更快速、更简单和更具成本效益。

　　Microchip(微芯)公司医疗产品部营销经理Marten L. Smith举例道，采用智能手机和平板电脑的便携式医疗设备设计的数量正在迅速增长。单片机(MCU)供应商的趋势是提供支持Apple和Android配件设计的开发系统。这些开发系统需要具有稳定、成熟的软件库，用于开发iPhone、iPad和iPod Touch的配件或Android智能手机和平板电脑的配件。此外，单片机制造商还应提供针对这些解决方案的技术支持。通过这种方式，医疗设备制造商可以获得优势，抢在竞争对手之前快速、简便地将其新的智能手机和平板电脑配件设计投入生产，并销售给客户。

　　便携式医疗设备的低功耗趋势对于医疗设备制造商来说极为重要。在便携式医疗设计中，还可以采用单芯片电池管理部件，从而高效地利用可充电电池。这些便携式设计中的单片机需要诸如以下的一些特性：超低的休眠电流，以及每种休眠模式下的高效唤醒源。除了这些特性之外，满足这种低功耗趋势的一种独特方法是让电池制造商的设计人员与单片机制造商的设计人员进行合作，这样，单片机设计可以更好地考虑如何高效地工作，以及从不同类型的电池中可能消耗的最低功耗。

　　便携式医疗设备另一种正在不断增长的趋势是相互通信或与其他设备通信(点对点或通过网络)。芯片的相应趋势是提供Wi-Fi、Bluetooth、USB、以太网和其他通信协议的连接元件、协议栈和支持软件。另一个重要的连接注意事项是数据安全和加密。应确保黑客永远无法访问医疗设备中的敏感数据，并且绝对无法控制该设备。

　　Microchip提供了用于Apple与Android配件开发的开发系统、软件库和技术支持，可以缩短可与智能手机和平板电脑通信的便携式医疗设备的设计周期。

　　利用Microchip的超低功耗(XLP)技术，能够获得多种解决方案(如16位PIC单片机仅消耗10 nA的休眠电流)。Microchip还提供了全功能的单芯片电池管理部件，可为采用可充电电池的设计有效地延长两次充电之间的时间。此外，通过与Energizer电池公司的合作，Microchip获得了相应的技术专长，使Microchip能够提供可最大限度提高便携式医疗设备制造商电池寿命的元件和设计支持。

　　Microchip还提供许多无线产品，包括低功耗Wi-Fi、蓝牙和其他无线模块。　　

个人医疗设备对MCU的需求

　　Silicon Labs单片机市场经理Shahram Tadayon指出，大多数个人医疗设备通常由电池供电并且以无线方式传输数据，因此必须采用超低功耗组件。高效节能的RF发射器、收发器与低功耗单片机协同工作，可以为远程医疗设备提供无线连接。此外，无线MCU这一高集成度的器件，结合了低功耗MCU内核与高性能RF收发器 ，现在已经广泛使用。例如Silicon Labs公司Si10xx系列无线单片机，为电池供电型应用提供超低功耗操作，并具备较长的传输距离和优异的RF灵敏度。