超低功耗MCU助力便携式医疗设备

 行业新闻     |      2022-09-22 00:23

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本文摘要:价格合理的先进个人医疗设备的大量兴起,正在转变着整个保健行业,消费者可以在家中或旅途中监测自身的生命体征和其他关键指标,而需要劳命伤财地特地到医院诊治。根据Gartner公司的调查,便携式消费类医疗设备,如血糖检测仪、血压计、胰岛素泵和心率检测器等是医疗设备市场中快速增长最慢的部分。Databeans公司最近所做到的一项医疗半导体报告也认为,未来五年家用医疗设备市场将有9%的快速增长(填充年增长率,CAGR)。

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价格合理的先进个人医疗设备的大量兴起,正在转变着整个保健行业,消费者可以在家中或旅途中监测自身的生命体征和其他关键指标,而需要劳命伤财地特地到医院诊治。根据Gartner公司的调查,便携式消费类医疗设备,如血糖检测仪、血压计、胰岛素泵和心率检测器等是医疗设备市场中快速增长最慢的部分。Databeans公司最近所做到的一项医疗半导体报告也认为,未来五年家用医疗设备市场将有9%的快速增长(填充年增长率,CAGR)。  个人医疗设备市场的很快快速增长源自多种因素:老年人必须经常性地展开身体健康身体检查、传统医疗服务费用高昂、消费者渐渐意识到保健设备的益处、个人医疗设备可以便利地在网上或零售店里购买、半导体技术的不断进步,使得这些消费类保健设备日益成熟期、非常简单易懂,且价格合理。

  消费类产品一般易受价格因素影响,而且消费类便携式医疗设备要想要在市场上取得成功,还必须符合更加严苛的拒绝。最重要的是,这些产品必需十分可信和准确,防止经常出现身体健康问题。这些拒绝受到政府机构的监管,如美国食品药品管理局(FDA)。

  为了在竞争日益白热化的家用医疗市场中获得成功,便携式医疗设备不应具备以下特点:  非常简单易懂;高可靠性和安全性(不受政府监管);非常简单、安全性的相连;低功耗工作(即电池续航时间宽);反对更加长的电压范围(尤其是较低电压);测量精度高;外形尺寸小;价格合理。  为了构建这些产品特性,并以实惠的价格获取给消费者,医疗设备开发人员必需减少系统成本,容许设计中用于并存元器件的数量。

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半导体供应商也肩负着研发高集成度嵌入式掌控解决方案的职责,在严苛的功耗和成本掌控条件下,解决方案不应具备较高的性能和可靠性。便携式设备设计的核心是能以低于的电源电流获取卓越处置性能的高集成度混合信号微控制器(MCU)。  非常简单易懂是所有便携式医疗设备的基本拒绝,因为它可以增加由于错误操作而引发的测量错误。

这种设备应该必须最多的交互操作者,非常简单的用户输出(如,较较少按键和较非常简单的软件菜单)以及尺寸较小且更容易仔细观察的显示屏(例如,具备背光的较小尺寸液晶显示屏)。为了反对这些特性,MCU必需获取现场可编程的非易失性存储器(一般来说是系统内可编程存储器),以及灵活性的能充分利用受限谓之脚数的I/O配备。  当前,许多便携式医疗设备不能表明身体健康检测结果,将说明和记录留下终端用户和他们的医生,而新型设备还具备相连简单、自动记录和传输检测结果的特性。

一般来说情况下,这些更加先进设备的便携式医疗设备被相连到装有可追踪结果的软件的个人电脑或移动医疗设备,或者通过无线方式安全性地传输信息给医务人员、护理人员或基于Web的应用于,这种作法被称作远程医疗。  如图1右图,医疗设备市场使用了优化的USB设备标准,即个人医疗保健设备类(PHDC)标准,无处不在的USB模块使得数据和信息传输标准化,从而需要关心设备来自哪家制造商。将来,非常简单而可信的无线连接将使得数据传输更为简单。

因此,MCU必须获取多种构建相连模块的方法,比如构建仪器振荡器的USB控制器。    RF发射器和收发器与MCU协同工作可以为远程医疗应用于获取无线连接。此外,无线MCU(在同一PCB内统合低功耗MCU内核与高性能RF收发器的高集成度设备)也以求普遍用于。

例如,SiliconLabs的Si10xx无线MCU系列产品,符合了电池供电便携式医疗设备对超强低功耗工作的拒绝,同时,构建的Sub-GHz频段的收发器可获取更加长的工作范围和出众的RF灵敏度。  无论使用何种相连方法或系统构架,通信协议栈都必须MCU有更加多的代码空间。因此,对小尺寸设备的存储空间的市场需求将不会渐渐快速增长。

  虽然自由选择高性能、低功耗MCU和通信方式是最重要的,但所有医疗设备也不会测量一些物理参数,用作分析个人身体健康方面的某些指标(如血压或含氧水平)。这必须需要感应器和测量透射(用作测量血氧)、传导(用作测量血糖)、压力(用作测量血压)和温度,这些测量必需具备高精度和一致性。在保健设备市场上,测量来不得半点错误。  在数字处理器不存在噪声和通信信号空间狭小的环境下,混合信号MCU必需需要确保较好的仿真电压测量结果。

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这是半导体供应商所面对的最不具挑战性的设计问题之一(特别是在必须为IC获取较低电池电压的情况下),而且这些规格还要通过产品工程师的严苛审查。测量时必需符合低噪声、较低杂讯(较好的信噪比和杂讯亲率)和低线性度拒绝。即使MCU正处于运营状态,也必需确保模数转换器(ADC)的运营,当终端用户想要在测量期间取得测量数据时,MCU也应该动态地提供测量结果。此外,即使在低于电池电压下,所有芯片功能也不应长时间运营。

如果无法在整个电池续航期间展开测量,那么MCU还有什么优势可言呢?总之,MCU供应商必需构建仪器的仿真测量。


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