隨著醫(yī)療電子設備產業(yè)的快速發(fā)展，用于個人保健的移動手持式醫(yī)療電子設備也同樣在快速發(fā)展。不管是手持式除顫儀還是動態(tài)血糖監(jiān)視儀，設計這類產品都不是一件容易的事。選擇適當?shù)?strong>元件滿足設計規(guī)范要求、盡可能降低成本、確保設計方案的功率、特別關注產品的實際大小等等，都是在產品設計過程中必須考慮的問題。除此之外，還必須確保產品簡單易用，所用的元件符合FDA要求。比如，其中一項規(guī)定是要求用于醫(yī)療電子設備的元件必須五年內不停產。由于這些限制，醫(yī)療電子設備的設計人員還必須關注如何縮短設計周期、減少元件數(shù)量、降低產品成本。

當前的設計方法

圖1和圖2是目前市場上流行的兩款手持式醫(yī)療電子設備的結構框圖。圖1是血糖監(jiān)視儀的結構框圖，圖2是血壓監(jiān)視儀的結構框圖，圖3是它們的電源管理單元。

圖1：血糖監(jiān)視儀的結構框圖。

這兩種設備在基本電路構造上非常相似，只是連接的傳感器有所不同。

這種典型的手持式醫(yī)療電子設備主要包含內核(執(zhí)行所有數(shù)據(jù)處理與系統(tǒng)級管理任務的微控制器)，以及外設元件。其中，外設元件包括：
1. 傳感器，血糖監(jiān)視儀中的有創(chuàng)／無創(chuàng)生物傳感器，或者血壓監(jiān)視儀中的血壓傳感器；
2. ADC，將從轉換器得到的模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字形式；
3. 輸入信號處的濾波器，用于濾除噪聲；
4. LCD控制器以及向用戶顯示相關信息的LCD；
5. USB接口，可與PC同步，顯示并存儲數(shù)據(jù)；
6. 非易失性快閃存儲器，可存儲代碼與數(shù)據(jù)；
7. 包含升壓轉換器與線性穩(wěn)壓器的電源管理系統(tǒng)。

外設元件都在微控制器外部，通過通用GPIO或專用引腳連接到微控制器。

然而，這種設計方法存在一些局限性，主要體現(xiàn)在以下方面：由于全部使用外部元件，所以元件數(shù)量很多，需占用較多的PCB空間；外部元件越多，PCB走線上感應噪聲的幾率就越大；所有元件是需經過FDA認可；硬件與軟件開發(fā)時間延長；很難方便地對設計方案加以改動。[!--empirenews.page--]

基于SoC的設計方案

不妨設想這樣一種情況：在包括了微控制器的單芯片上實現(xiàn)大多數(shù)外設元件功能，也就是采用片上系統(tǒng)(SoC)或ASIC。如果希望支持可編程性，那么選用SoC比較適合。如果實現(xiàn)大批量生產，那么ASIC在成本上更有優(yōu)勢。這種設計方案的結構框圖如圖4所示。

圖4：基于SoC的手持式醫(yī)療電子設備設計方案。

由于大多數(shù)外設元件都集成到SoC中，所有板上的元件數(shù)量大大減少。此外，這種全新的設計方法還有以下優(yōu)勢：減少元件數(shù)量可大幅縮短設計周期；由于硬件功能在芯片內通過軟件實現(xiàn)，所以便于隨時根據(jù)需要修改設計方案；減少外設元件也有助于減少噪聲；通過禁用某些暫時不需要的芯片特性，可方便地降低電路板功耗。

這些優(yōu)勢可對任何嵌入式產品設計帶來好處。不過，在醫(yī)療電子設備設計中采用上述方法還有一些獨特優(yōu)勢。

醫(yī)療電子設備的代碼非常復雜，有的代碼編寫起來非常困難。特別是創(chuàng)建一個讓所有元件都可無縫協(xié)作的架構，常常是一個很大挑戰(zhàn)。每個元件使用什么接口、有沒有足夠的I/O、不同接口能否通過多路復用技術支持一個以上的元件，等等，都是都是需要考慮的問題。此外，最好還能在微控制器中拖放元件、選擇配置設置、盡可能減少代碼編寫工作量同時又確保不同元件彼此協(xié)作。設計人員還希望同一產品有不同版本，以滿足不同價位需求，適應市場和客戶需求的不斷變化。

如果設計人員只需通過點擊操作就能禁用某個設計特性，或者通過拖放操作就能增加特性，則必將縮短開發(fā)時間、節(jié)約成本并根據(jù)不同市場需求推出相關產品。這種設計方法還有助于縮短產品的驗證與測試時間。

采用基于SoC的設計方法還有助于滿足FDA的規(guī)定要求，因為它能更方便地確保所用的SoC五年內不停產。[!--empirenews.page--]

基于PSoC的設計方案

賽普拉斯推出了一系列可編程片上系統(tǒng)(PSoC)器件，能很好地滿足上述應用需求。PSoC器件的可編程數(shù)字與模擬模塊經過通過配置后，可以執(zhí)行外設功能。圖5給出了基于 PSoC 的醫(yī)療電子設備典型結構框圖。

PSoC的另外一個優(yōu)勢，是能讓設計人員在設備運行時也能靈活地修改功能，實現(xiàn)更好的電源管理與抗噪性能。

基于SoC的設計方法的唯一潛在局限性，是在某些設計方案中其成本可能要高于采用低成本微控制器加外設元件的方案。不過，考慮到這種設計方法帶來的諸多優(yōu)勢，這一潛在缺點也將變得微不足道。因此，基于SoC的設計方法將是手持式醫(yī)療電子設備的設計趨勢。