隨著人們越來越重視身體健康，以及眾多國家面臨人口老化的問題，使得醫(yī)療可穿戴設(shè)備的需求快速增加，這些可穿戴設(shè)備通常采用電池操作，因此要求低功耗、小體積，這對相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)帶來挑戰(zhàn)。本文將為您介紹醫(yī)療可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)需求，以及由安森美(onsemi)推出的相關(guān)解決方案。

醫(yī)療可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)需求可能會因應(yīng)不同的應(yīng)用場景和目標(biāo)用戶而有所差異，但一般來說，通常會追求空間優(yōu)化和器件的微型化，為了提高佩戴者的舒適度和便利性，醫(yī)療可穿戴設(shè)備應(yīng)該盡量減少尺寸和重量，并且利用微型化的器件和系統(tǒng)來集成各種功能和通信電路。為了滿足更多元的功能需求，醫(yī)療可穿戴設(shè)備應(yīng)該采用軟性電路技術(shù)，讓設(shè)備能夠貼合佩戴者的身體輪廓，并且提高設(shè)計(jì)的靈活性和可靠性。另一方面，醫(yī)療可穿戴設(shè)備的主要目的是快速、及時(shí)地將準(zhǔn)確的生理數(shù)據(jù)傳送給醫(yī)療照護(hù)機(jī)構(gòu)，所以在設(shè)計(jì)上要同時(shí)確保充分的功率以及高信號完整性。這需要采用高效能的電源設(shè)計(jì)、板對板連接器、FPC連接器等組件，以及適當(dāng)?shù)男盘柼幚砗蛡鬏斔惴ā?

醫(yī)療可穿戴設(shè)備作為一種涉及人體健康和安全的產(chǎn)品，必須遵守相關(guān)的法規(guī)和規(guī)范，例如美國FDA、歐盟CE等，這需要在設(shè)計(jì)時(shí)間就進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估和測試驗(yàn)證，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和效能，以符合醫(yī)療規(guī)范和安全標(biāo)準(zhǔn)。安森美在設(shè)計(jì)RSL10時(shí)采納了植入式醫(yī)療客戶的意見，這些客戶需要設(shè)備在不充電的情況下用小電池運(yùn)行很多年。針對可穿戴設(shè)備的無線連接應(yīng)用，安森美推出的RSL10藍(lán)牙低能耗(Bluetooth LE)器件，便具備超低功耗的特性，在睡眠模式下，RSL系列的所有產(chǎn)品都能以非常低的占空比運(yùn)行，功耗在nA范圍內(nèi)。

像是助聽器這類涉及音頻的應(yīng)用，便需要一個(gè)音頻編解碼器，RSL10集成LPDSP32，可以運(yùn)行G.722或CELT等音頻編解碼器，LPDSP32處理器是一個(gè)專用硬件塊，用于對音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行最高效、最低功耗的壓縮/解壓。安森美的EZAIRO 7160無線預(yù)配置DSP含RSL10，是助聽器等小外形、低功耗音頻應(yīng)用的理想選擇?？纱┐髟O(shè)備對體積的要求通常較高，因此選擇WLCSP(晶圓級芯片封裝)的硅片，其帶有焊球用于連接，是用于需要最小外形尺寸的應(yīng)用，如消費(fèi)電子或醫(yī)療一次性用品、可穿戴設(shè)備或ID標(biāo)簽。RSL10 WLCSP具有2.32 mm x 2.36 mm的微小尺寸，厚度僅為0.35 mm，RSL10 QFN尺寸為6 mm x 6 mm，RSL15 QFN尺寸是5 mm x 5 mm，仍然非常小。

任何射頻系統(tǒng)的開發(fā)都有一個(gè)額外的復(fù)雜性，那就是必須選擇周圍的組件和天線來匹配硬件環(huán)境。為了滿足FCC、CE或其他監(jiān)管機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以選擇一個(gè)預(yù)先認(rèn)證的模塊，它集成所有需要的無源組件(如晶體、電源去耦和天線匹配電路)和一個(gè)集成天線。在這種情況下，RSL10 SIP是一個(gè)理想的解決方案。所有無源組件和天線都集成在這個(gè)6mm x 8mm x 1.46mm的認(rèn)證模塊中。

安森美作為醫(yī)療元器件供應(yīng)商有著悠久的歷史，并將這一經(jīng)驗(yàn)用于設(shè)計(jì)MD-RSL10，使其能夠用于植體或關(guān)乎生命的應(yīng)用，如心臟監(jiān)測和管理以及神經(jīng)刺激。為了協(xié)助客戶加快產(chǎn)品的開發(fā)速度，安森美有許多經(jīng)驗(yàn)證的參考設(shè)計(jì)，可以作為客戶項(xiàng)目開發(fā)起點(diǎn)以加快開發(fā)。參考設(shè)計(jì)通常包括應(yīng)用硬件、固件、物料單(BOM)、原理圖和PCB制造文件。安森美提供各種低功耗參考設(shè)計(jì)，包括RSL10傳感器開發(fā)套件、RSL10資產(chǎn)標(biāo)簽、能量采集藍(lán)牙低能耗開關(guān)、RSL10智能拍攝相機(jī)平臺、安全傳輸?shù)取?

開發(fā)人員在保護(hù)敏感數(shù)據(jù)(如個(gè)人健康信息和支付交易信息)時(shí)，必須納入一個(gè)或多個(gè)安全機(jī)制。RSL15包含最新的嵌入式安全功能，具有真正基于硬件的信任根和Arm加密單元，用于硬件加速的加密算法。

可穿戴設(shè)備類型多樣，主要包括以下幾類：

智能手表

智能手表是穿戴設(shè)備中最常見且功能全面的設(shè)備之一。它們不僅可以顯示時(shí)間，還能接收通知、監(jiān)測健康數(shù)據(jù)(如心率、血氧、睡眠質(zhì)量等)、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)追蹤(如步數(shù)、距離、卡路里消耗等)，并具備支付、音樂播放、拍照等附加功能。智能手表通常配備觸摸屏和多種應(yīng)用程序，用戶可以通過下載和安裝應(yīng)用程序來擴(kuò)展其功能。

智能手環(huán)

智能手環(huán)是另一種流行的穿戴設(shè)備，主要用于健康監(jiān)測和運(yùn)動(dòng)追蹤。它們通常比智能手表更輕便、價(jià)格更實(shí)惠，并具備心率監(jiān)測、睡眠監(jiān)測、計(jì)步等核心功能。智能手環(huán)的外觀設(shè)計(jì)多樣，適合不同風(fēng)格和需求的用戶。

智能眼鏡

智能眼鏡是一種具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或虛擬現(xiàn)實(shí)功能的穿戴設(shè)備。它們可以提供導(dǎo)航、拍照、觀影、游戲等多種體驗(yàn)，并通過內(nèi)置傳感器和攝像頭捕捉用戶周圍的信息。智能眼鏡在特定場景下非常有用，如旅游、教育、娛樂等。

智能服裝

智能服裝是一種集成了智能傳感器的衣物，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測身體的各項(xiàng)指標(biāo)，如體溫、心率、呼吸等。這些服裝通常用于健身、運(yùn)動(dòng)或醫(yī)療領(lǐng)域，幫助用戶更好地了解自己的身體狀況。

其他特殊功能設(shè)備除了上述幾種常見的穿戴設(shè)備外，還有一些其他類型的設(shè)備，如智能鞋子、智能手套、智能襪子、智能頭盔等。這些設(shè)備通常具有特定的功能和應(yīng)用場景，如提高生產(chǎn)效率、監(jiān)測健康數(shù)據(jù)等。

這些可穿戴設(shè)備各具特色，功能豐富，滿足了用戶在健康、運(yùn)動(dòng)、娛樂等多個(gè)方面的需求。遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備則是一種常見的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用，該設(shè)備大部分時(shí)間處于睡眠模式，偶爾會被喚醒，發(fā)送幾個(gè)數(shù)據(jù)包，然后又回到睡眠模式。RSL15非常適合這種應(yīng)用，因?yàn)樗峁┝硕喾N低功耗模式，幾乎適合任何應(yīng)用需求。

RSL10是一款Bluetooth 5.2、多協(xié)議無線電系統(tǒng)單芯片(SoC)，為無線應(yīng)用實(shí)現(xiàn)超低功耗藍(lán)牙。RSL10達(dá)到行業(yè)最低的功耗，在深度睡眠模式(Deep Sleep Mode)下62.5nW，接收模式下7mW，在支持各種先進(jìn)的無線功能的同時(shí)優(yōu)化了系統(tǒng)尺寸和電池壽命。高度集成的無線電SOC的具有雙核結(jié)構(gòu)和2.4GHz收發(fā)器，靈活支持藍(lán)牙低能耗和2.4 GHz自定義協(xié)議，且支持固件在線升級(FOTA)。RSL10具有靈活的電壓范圍(1.1V和3.3V)，支持使用1.2V和1.5V電池的設(shè)備，無需外部DC/DC轉(zhuǎn)換器，RSL10采用5.50 mm2 WLCSP和6 x 6 mm QFN封裝。如需更小型號，該無線電SoC還提供全套系統(tǒng)級封裝(SiP)方案。RSL10具有精密雙核結(jié)構(gòu)，采用可編程的Arm Cortex-M3處理器，時(shí)鐘速度高達(dá)48 MHz，靈活支持2.4 GHz專有和自定義協(xié)議棧。嵌入式數(shù)字信號處理器(DSP)可支撐信號處理密集型應(yīng)用，如無線音頻編解碼。

RSL10的片上和軟件無線支持包括2.4 GHz射頻前端(RFFE)和支持2 Mbps數(shù)據(jù)速率的藍(lán)牙5.2認(rèn)證基帶控制器。RSL10開發(fā)工具套件中提供了各種藍(lán)牙低能耗協(xié)議。這款高度集成的SoC采用強(qiáng)大的雙核架構(gòu)輔以高效的電源管理單元、振蕩器、閃存和RAM存儲器、DMA控制器以及外設(shè)和接口，并內(nèi)置384kB閃存，提供IP保護(hù)功能，以保護(hù)閃存內(nèi)容，并具有可配置的模擬和數(shù)字傳感器接口(GPIO、LSAD、I2C、SPI、PCM)。RSL10相當(dāng)適用于醫(yī)療可穿戴設(shè)備，常見的終端產(chǎn)品包括健身追蹤器/活動(dòng)監(jiān)測儀、智能手表、助聽器/聽力設(shè)備、心率監(jiān)測儀、血糖檢測儀(BGM)、連續(xù)血糖監(jiān)測儀(CGM)、脈沖血氧儀等。