七個訣竅了解如何設(shè)計小型藍牙可穿戴醫(yī)療設(shè)備

對于開發(fā)人員來說，構(gòu)建小型的藍牙醫(yī)療設(shè)備不僅僅是從市場上選擇最小的硬件，也需要通過優(yōu)化物料清單（BOM）來減小產(chǎn)品的尺寸和成本。使用Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）集成的藍牙SoC和模塊，除了具備超低功耗和極小封裝的優(yōu)勢外，還能夠提供醫(yī)療應(yīng)用所需的各種外設(shè)功能和特性，從而節(jié)省大量PCB占地面積，增強設(shè)計靈活性并降低成本。

幾十年來，芯科科技一直與許多醫(yī)療設(shè)備制造商合作。由于這些成功的合作，我們已經(jīng)開發(fā)了幾個與無線醫(yī)療應(yīng)用相關(guān)的功能，并將它們集成到我們的藍牙SoC和模塊中。在這篇博客中，我們將解釋七個關(guān)鍵的藍牙設(shè)計概念來幫助您提升藍牙醫(yī)療設(shè)備和應(yīng)用的開發(fā)。

藍牙設(shè)計的七個重要概念

1. 集成AI/ML加速器

機器學(xué)習(xí)(ML)允許根據(jù)現(xiàn)有模型處理大量傳感器數(shù)據(jù)，以識別異常情況，并確定需要將哪些數(shù)據(jù)傳輸回云端。對于像心電圖這樣的設(shè)備，如今的無線設(shè)備將收集到的所有數(shù)據(jù)傳回云端進行處理和分析。通過識別設(shè)備上的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，只需要傳輸某些子集的數(shù)據(jù)，從而節(jié)省寶貴的資源并延長電池壽命。

人工智能(AI)也可以用于現(xiàn)場老化等應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，監(jiān)測生命體征，查看數(shù)據(jù)變化，觀察步態(tài)等事物，以及通常識別非正常模式，可以為提供者提供關(guān)鍵的診斷數(shù)據(jù)，并為護理人員和親人觸發(fā)救生警報，從而大大改善，甚至挽救患者的生命。

芯科科技BG24藍牙SoC為設(shè)備制造商提供了集成的AI/ML加速器，具有更快，更節(jié)能的ML推理計算，從而消除了對電路板上外部ML處理器的需求。

2. 模擬外設(shè)

ADC用于許多無線醫(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)備，以實現(xiàn)傳感器測量和電池供電監(jiān)控。芯科科技藍牙SoC具有集成的ADC，分別有12、16和20位的高分辨率，可節(jié)省成本，占地面積，設(shè)計和測試工作。此外，與許多競爭解決方案相比，芯科科技藍牙解決方案可提供更高的有效位數(shù)(ENOB)的ADC，從而實現(xiàn)更有效的采樣。

對于具有基于離散模擬前端(AFE)解決方案的CGM制造商(和其他便攜式醫(yī)療設(shè)備)，ADC和DAC是可在片上使用的兩個關(guān)鍵功能，從而節(jié)省了對電路板上附加組件的需求。BG24具有一個ADC和DAC，可以與外部運算放大器相結(jié)合，形成一個完整的模擬前端，在CGM器件上降低了成本、空間和集成復(fù)雜性。

3. DC-DC直流轉(zhuǎn)換器

DC-DC轉(zhuǎn)換器是電池供電的醫(yī)療設(shè)備的重要功能。升壓轉(zhuǎn)換器允許SoC使用低電壓電池，如堿性電池和氧化銀電池，輸入范圍為0.8至1.7V，使藍牙SoC能夠在較低的電源電壓下工作。Buck轉(zhuǎn)換器允許SoC與其他~3V電池一起工作，例如鋰硬幣電池，它用于提高能源效率和電池壽命或減小電池尺寸。芯科科技BG27包括這兩種DC-DC轉(zhuǎn)換器。

4. 電荷計量器

為了在使用關(guān)鍵健康應(yīng)用程序期間預(yù)測和防止意外的電池耗盡，庫侖計數(shù)器可以精確地跟蹤電池電量，以增強用戶的安全性和體驗。BG27具有集成的庫侖計數(shù)器，消除了電路板上另一個外部組件的需要。

5. 低頻RC振蕩器

對于低功耗藍牙2.4 GHz應(yīng)用，藍牙SoC需要滿足指定的睡眠時鐘精度±500ppm。BG22和BG27內(nèi)部有一個32 kHz的低頻RC振蕩器(LFRCO)，可以根據(jù)設(shè)備上的HFXO進行自校準(zhǔn)，以滿足低功耗藍牙標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此，設(shè)備制造商可以消除電路板上的外部低頻晶體，從而釋放空間和BOM成本，除非應(yīng)用程序需要更高的時鐘精度。

6. 匹配網(wǎng)絡(luò)

芯科科技的參考無線電板設(shè)計通常使用大量的組件和多層進行RF和VDD濾波，以便在最高輸出功率水平下為設(shè)備制造商提供最佳的RF性能。然而，醫(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)備使用較低的功率水平，這意味著您可以減少設(shè)計中的PCB層和元件數(shù)量，同時保持可接受的射頻性能。

通過經(jīng)優(yōu)化的BG22，BG24和BG27的射頻性能，以匹配低功耗器件的ETSI和FCC法規(guī)，您可以減少旁路電容器，濾波器和天線匹配網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量，總共多達6-14個組件，以減少占地面積和BOM成本，同時支持ETSI/FCC要求。

7. 電力消耗

最小化藍牙設(shè)備的功耗使設(shè)備制造商能夠?qū)崿F(xiàn)更小的設(shè)備尺寸。在工作和優(yōu)化睡眠模式(EM2)中，超低功耗與BG27提供的DC-DC Boost提供的1.5v電源相結(jié)合，允許設(shè)備配備極小的氧化銀1.5v電池，最大限度地減少設(shè)備的整體外形因素。

要了解更多關(guān)于低功耗的好處，請閱讀世界上最小的可穿戴設(shè)備的案例研究，Lura Health使用BG27超低功耗藍牙WLCSP芯片的智能牙齒植入物：https://cn.silabs.com/applications/case-studies/small-bluetooth-chip-powers-luras-oral-health-monitor。芯科科技的藍牙解決方案具有強大的安全性，具有最高的PSA 3級認(rèn)證和DTSec(糖尿病聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn))。