健康監(jiān)護(hù)正在走向可穿戴設(shè)備

　　對(duì)于在檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)啟動(dòng)某個(gè)應(yīng)用的情況，則無需進(jìn)行高速采樣，因此可將數(shù)據(jù)速率降至6Hz，此時(shí)平均功耗為300nA。因而，對(duì)于低功耗應(yīng)用和不易更換電池的植入式設(shè)備來說，此傳感器非常有吸引力。ADXL362采用3.0mm×3.25mm封裝。圖3顯示了在不同的電源電壓的條件下，電源電流與輸出數(shù)據(jù)速率之間的關(guān)系。

　　系統(tǒng)中各傳感器的連接

　　系統(tǒng)的核心是混合信號(hào)片上計(jì)量?jī)xADuCM350，它與所有傳感器相連，并負(fù)責(zé)運(yùn)行必要的軟件，以及儲(chǔ)存、顯示或傳送結(jié)果。該器件集成了高性能模擬前端(AFE)和16MHz ARM Cortex-M3處理器內(nèi)核，如圖4所示。AFE的靈活性和微處理器豐富的功能組合使此芯片成為便攜式應(yīng)用和可穿戴應(yīng)用的理想選擇?？膳渲玫腁FE支持幾乎所有傳感器，其可編程波形發(fā)生器可使用交流或直流信號(hào)為模擬傳感器供電。高性能的接收信號(hào)鏈會(huì)對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，并使用積分非線性(INL)和差分非線性(DNL)最大值為±1LSB的無丟碼真16位160kSPS ADC將這些信號(hào)數(shù)字化。該接收信號(hào)鏈支持任何類型的輸入信號(hào)，包括電壓、電流、恒電勢(shì)、光電流和復(fù)阻抗。

　　AFE 可在獨(dú)立模式下工作， 無需Cortex-M3處理器干預(yù)。可編程時(shí)序控制器控制測(cè)量引擎，測(cè)量結(jié)果通過DMA儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器內(nèi)。開始測(cè)量前，可執(zhí)行校準(zhǔn)程序，以校正發(fā)送和接收信號(hào)鏈中的失調(diào)和漂移誤差。對(duì)于復(fù)阻抗測(cè)量，如血糖、體質(zhì)指數(shù)(BMI)或組織鑒別應(yīng)用，內(nèi)置DSP加速器可實(shí)現(xiàn)2048點(diǎn)單頻離散傅里葉變換，而無需M3處理器干預(yù)。這些高性能AFE功能使ADuCM350具有其他集成解決方案無可比擬的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

　　Cortex處理器支持多種通信端口，包括I2S、USB、MIPI和LCD顯示驅(qū)動(dòng)器(靜態(tài))。此外，它還包括閃存、SRAM和EEPROM，并且支持五種不同的電源模式，可最大程度地延長(zhǎng)電池使用壽命。

　　ADuCM350設(shè)計(jì)用于超低功耗傳感器，性能限制為低速器件。對(duì)于要求更高處理能力的應(yīng)用，可使用工作頻率高達(dá)80MHz的M3內(nèi)核或者Cortex-M4處理器內(nèi)核。

　　功耗如何?

　　功耗一直是便攜式設(shè)備和可穿戴設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵因素。本文介紹的器件針對(duì)高性能、小尺寸和低功耗要求而設(shè)計(jì)，但在小封裝內(nèi)集成所有一切器件(包括電池)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。盡管新的電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)了每mm3更高的容量，但與電子產(chǎn)品相比，電池體積仍然較大。

　　能量采集可減小電池尺寸并延長(zhǎng)電池使用壽命。能量采集技術(shù)有多種，包括熱電、壓電、電磁和光電等技術(shù)—對(duì)于可穿戴設(shè)備，利用光和熱最為合適。傳感器通常不會(huì)產(chǎn)生大量輸出功率，因此每焦耳熱量都應(yīng)當(dāng)可以被捕獲和使用。ADP5090超低功耗升壓調(diào)節(jié)器(如圖5)將采集器和電池橋接起來。此高效的開關(guān)電源可將輸入電壓從低至100mV升高到3V。冷啟動(dòng)期間，在電池完全放電的情況下，需要的最小輸入電壓為380mV，但在正常工作時(shí)，如果電池電量沒有完全耗盡或者還有一些電能留在超級(jí)電容內(nèi)，任何低至100mV的輸入信號(hào)都可轉(zhuǎn)換為較高的電位并儲(chǔ)存下來，以供稍后使用。

　　該芯片采用微型3mm×3mm封裝，可進(jìn)行編程來支持各種不同的能量采集傳感器。其最大靜態(tài)電流為250nA，支持幾乎所有電池技術(shù)—從鋰離子電池到薄膜電池以及超級(jí)電容均可。集成式保護(hù)電路可確保安全運(yùn)行。

　　小結(jié)

　　本文介紹了一些用于可穿戴和個(gè)人健康應(yīng)用的低功耗產(chǎn)品，但是這個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)正在快速變化。ADI公司的技術(shù)可以將這些頗具挑戰(zhàn)性的難題轉(zhuǎn)變?yōu)橥晟频漠a(chǎn)品和完整的解決方案。