醫(yī)療電子:從治病向保健延伸,便攜產(chǎn)品領(lǐng)風(fēng)騷

　　體佩式設(shè)備需要的技術(shù)

　　Maxim戰(zhàn)略市場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)理Steve LaJeunesse介紹了醫(yī)療電子的技術(shù)概況。

　　超低功耗模擬測(cè)量電路、低功耗微控制器(MCU)上運(yùn)行的先進(jìn)的處理和motion rejection算法是實(shí)現(xiàn)體佩式傳感器的第一步。來(lái)自患者或使用者的信號(hào)通常很小，且充滿需要濾除的模擬噪聲信號(hào)。濾除噪聲后，鑒于數(shù)據(jù)反映的是最為隱私的個(gè)人信息，因此必須加以安全保護(hù)，以防被他人獲取。通過(guò)先進(jìn)的加密技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行安全保護(hù)后，將數(shù)據(jù)通過(guò)短距離無(wú)線連接發(fā)送至手機(jī)。內(nèi)部電池的高效電源管理(如：Maxim的ModelGauge)和能量收集技術(shù)可使傳感器長(zhǎng)時(shí)間保持工作。

　　超低功耗模擬測(cè)量

　　模擬電路是來(lái)自現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)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(diào)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(gè)工作過(guò)程中無(wú)需校準(zhǔn)。

　　先進(jìn)的處理/算法

　　醫(yī)學(xué)研究工作者在過(guò)去的十年內(nèi)努力使機(jī)器在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，其中最主要的成就是發(fā)展了能夠準(zhǔn)確識(shí)別人體相關(guān)信息的算法。憑借這些成果，可以使用簡(jiǎn)單的微控制器對(duì)人體信息進(jìn)行收集和預(yù)處理，為專家診斷做準(zhǔn)備。

　　安全

　　來(lái)自患者的數(shù)據(jù)是極為隱私的，必須加以安全保護(hù)。目前有多種方法可用于對(duì)從患者或用戶端收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行安全保護(hù)。Maxim在安全微控制器市場(chǎng)居于領(lǐng)先地位，所提供的醫(yī)療應(yīng)用方案(如：DS28E01)可用于現(xiàn)今多種不同類型的醫(yī)用設(shè)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(jié)鋰電池支持超長(zhǎng)時(shí)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(yīng)用，強(qiáng)大的計(jì)算能力能夠支持現(xiàn)今先進(jìn)的算法。該系列微控制器能夠無(wú)縫連接至低功耗、短距離無(wú)線裝置，如：藍(lán)牙或ANT+。

　　能量收集

　　得益于前面提到的設(shè)備在降低功耗方面的成績(jī)，從各種能量源(如：太陽(yáng)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(hù)器能夠?qū)⑹占哪芰考右岳谩Ｔ谖磥?lái)5年內(nèi)，微型收集源將使這種技術(shù)成為主流。

　　上述技術(shù)的融合是體佩式電子設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)在，設(shè)計(jì)一個(gè)僅靠單個(gè)鋰紐扣電池供電的設(shè)備(如：無(wú)線ECG、心率、氧含量、呼吸、體溫監(jiān)測(cè)設(shè)備)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。測(cè)量來(lái)自傳感器的信息、對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化、然后發(fā)送至手機(jī)、進(jìn)而傳輸給醫(yī)生。

　　便攜產(chǎn)品的低功耗策略

　　在醫(yī)療電子中，半導(dǎo)體制造商不能再僅僅是提供單獨(dú)的芯片或元件;相反，需要提供全套解決方案，讓便攜式醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造變得更快速、更簡(jiǎn)單和更具成本效益。

　　Microchip(微芯)公司醫(yī)療產(chǎn)品部營(yíng)銷經(jīng)理Marten L. Smith舉例道，采用智能手機(jī)和平板電腦的便攜式醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)的數(shù)量正在迅速增長(zhǎng)。單片機(jī)(MCU)供應(yīng)商的趨勢(shì)是提供支持Apple和Android配件設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。這些開(kāi)發(fā)系統(tǒng)需要具有穩(wěn)定、成熟的軟件庫(kù)，用于開(kāi)發(fā)iPhone、iPad和iPod Touch的配件或Android智能手機(jī)和平板電腦的配件。此外，單片機(jī)制造商還應(yīng)提供針對(duì)這些解決方案的技術(shù)支持。通過(guò)這種方式，醫(yī)療設(shè)備制造商可以獲得優(yōu)勢(shì)，搶在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之前快速、簡(jiǎn)便地將其新的智能手機(jī)和平板電腦配件設(shè)計(jì)投入生產(chǎn)，并銷售給客戶。

　　便攜式醫(yī)療設(shè)備的低功耗趨勢(shì)對(duì)于醫(yī)療設(shè)備制造商來(lái)說(shuō)極為重要。在便攜式醫(yī)療設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中的單片機(jī)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(shì)的一種獨(dú)特方法是讓電池制造商的設(shè)計(jì)人員與單片機(jī)制造商的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行合作，這樣，單片機(jī)設(shè)計(jì)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(yī)療設(shè)備另一種正在不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)是相互通信或與其他設(shè)備通信(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò))。芯片的相應(yīng)趨勢(shì)是提供Wi-Fi、Bluetooth、USB、以太網(wǎng)和其他通信協(xié)議的連接元件、協(xié)議棧和支持軟件。另一個(gè)重要的連接注意事項(xiàng)是數(shù)據(jù)安全和加密。應(yīng)確保黑客永遠(yuǎn)無(wú)法訪問(wèn)醫(yī)療設(shè)備中的敏感數(shù)據(jù)，并且絕對(duì)無(wú)法控制該設(shè)備。

　　Microchip提供了用于Apple與Android配件開(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、軟件庫(kù)和技術(shù)支持，可以縮短可與智能手機(jī)和平板電腦通信的便攜式醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)周期。

　　利用Microchip的超低功耗(XLP)技術(shù)，能夠獲得多種解決方案(如16位PIC單片機(jī)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(shè)計(jì)有效地延長(zhǎng)兩次充電之間的時(shí)間。此外，通過(guò)與Energizer電池公司的合作，Microchip獲得了相應(yīng)的技術(shù)專長(zhǎng)，使Microchip能夠提供可最大限度提高便攜式醫(yī)療設(shè)備制造商電池壽命的元件和設(shè)計(jì)支持。

　　Microchip還提供許多無(wú)線產(chǎn)品，包括低功耗Wi-Fi、藍(lán)牙和其他無(wú)線模塊。　　

                 

　　個(gè)人醫(yī)療設(shè)備對(duì)MCU的需求

　　Silicon Labs單片機(jī)市場(chǎng)經(jīng)理Shahram Tadayon指出，大多數(shù)個(gè)人醫(yī)療設(shè)備通常由電池供電并且以無(wú)線方式傳輸數(shù)據(jù)，因此必須采用超低功耗組件。高效節(jié)能的RF發(fā)射器、收發(fā)器與低功耗單片機(jī)協(xié)同工作，可以為遠(yuǎn)程醫(yī)療設(shè)備提供無(wú)線連接。此外，無(wú)線MCU這一高集成度的器件，結(jié)合了低功耗MCU內(nèi)核與高性能RF收發(fā)器 ，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛使用。例如Silicon Labs公司Si10xx系列無(wú)線單片機(jī)，為電池供電型應(yīng)用提供超低功耗操作，并具備較長(zhǎng)的傳輸距離和優(yōu)異的RF靈敏度。