便攜式醫(yī)療設(shè)計中的無線發(fā)展趨勢和解決方案

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：醫(yī)療行業(yè)渴望獲得多功能和互操作性，當(dāng)然還需要無線接口，本文將探討無線發(fā)展趨勢及其挑戰(zhàn)，包括在采用無線模塊時，現(xiàn)在設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)和頻率以及功率考慮事項。使用單節(jié)可充電電池的應(yīng)用將會是未來通用終端應(yīng)用產(chǎn)品，如某些血糖儀和脈搏血氧計之類。我們將討論這些趨勢如何影響醫(yī)療保健行業(yè)。

　　雖然消費類應(yīng)用設(shè)備總有一些精通科技（tech-savvy）的用戶，并可以給他們推薦一系列功能集和附件功能，但是典型的醫(yī)療終端用戶可能各式各樣，從居家病人到醫(yī)院里照顧嚴重病人的護士，兩者均有特定的需求以及所期望獲得的特性。但作為終端設(shè)備，醫(yī)療器材必須可靠和易于使用。滿足上述需求的技術(shù)業(yè)已可用，但更重要的是，這些技術(shù)也經(jīng)過證明足以滿足這些需求并推動當(dāng)前的設(shè)計趨勢。如果設(shè)計人員了解去哪里尋找合適的技術(shù)和如何應(yīng)用，則手機技術(shù)是現(xiàn)成的和容易利用的。

　　醫(yī)療移動設(shè)備通常具備特定的用途，如脈搏血氧儀或血糖儀，這些設(shè)備完成其核心任務(wù)非常出色。這些便攜設(shè)備演變成具有多傳感器日常任務(wù)以及數(shù)據(jù)趨勢記錄，在顯示屏有限的小型手機上保留這些信息并不實際。有兩種通用方法從手機或其接口獲取這些數(shù)據(jù)：使用無線方式或者通過USB。不久以前，使用的是可移動儲存卡，但即使把它們?nèi)∠禄虿迦隤C這樣簡單的工作也是很麻煩的。

　　無線趨勢和解決方案

　　現(xiàn)在醫(yī)用手機設(shè)計支持兩項標(biāo)準(zhǔn)：低功率藍牙（Bluetooth?）和ZigBee?。在無線醫(yī)療遠程監(jiān)測服務(wù)（Wireless Medical Telemetry Service，WMTS）以及工業(yè)科學(xué)和醫(yī)療（Industrial Science and Medical，ISM）領(lǐng)域，也有一些基于專有技術(shù)的解決方案，其頻帶范圍為400MHz至2.5GHz，當(dāng)然，這仍然屬于移動電話的頻帶。頻帶選擇將取決于應(yīng)用需求以及與接收器的距離遠近，設(shè)備的尺寸和可用功率也將影響頻帶。不管頻率選擇如何，對于所有無線應(yīng)用，功率也是常見的兩難問題，但也這是我們從移動手機行業(yè)中利用半導(dǎo)體技術(shù)最多的地方。選擇單節(jié)鋰離子電池作為可充電的電源，以便最好地應(yīng)用此項技術(shù)。雖然AA干電池和鈕扣電池也可用，但是它們的低電壓經(jīng)常需要較昂貴的降低/升壓拓撲，而且第二電源選件不是那么普遍。

　　無線技術(shù)的核心難題是其動態(tài)功率需求，無線收發(fā)器無法工作在持續(xù)廣播或接收模式下，而是按照應(yīng)用相關(guān)需要以脈沖式數(shù)據(jù)發(fā)送或接收。正是這種脈沖式工作在電池供電軌（Vbatt）上是最難做到的。將無線收發(fā)器偏壓通過電容組直接連接至電池是一種解決方案，但可充電電池有著太大的工作電壓范圍，通常是2.5V 至 4.2V。針對芯片核心供電軌必須使用DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器。這可使Vbatt保持穩(wěn)定，并且不會引發(fā)最終連接至Vbatt的傳感器下游發(fā)生欠壓事件，而其可能影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

　　醫(yī)療設(shè)備設(shè)計團隊可能沒有移動功率專家，但在快節(jié)奏的行業(yè)競爭中仍然希望能夠發(fā)布新的差異性產(chǎn)品，以期增加市場份額。為了省去詳細的DC/DC設(shè)計和建模，飛兆半導(dǎo)體針對使用單節(jié)可充電鋰離子電池運行的無線收發(fā)器，推出完全集成的功率模塊FAN4603。所有輸入電容器、電感器、以及輸出電容器都集成在2.5mm x 4.0mm表面貼裝封裝里。其瞬態(tài)響應(yīng)特性是處理無線技術(shù)動態(tài)功率需求的關(guān)鍵。輸入范圍與可充電電池相符，且輸出固定為1.0V到1.8V，取決于器件編號后綴類型，并且提供高達600mA的電流。6MHz的開關(guān)頻率使得便攜式無線設(shè)備可以使用小型集成電感器，并具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)質(zhì)量。圖1顯示了FAN4603的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

　　圖1. 用于3.7V鋰離子電池的FAN4603 DC/DC轉(zhuǎn)換器，具有從1.0V 至 1.8V的固定輸出電壓范圍，電流高達600mA

　　除了瞬態(tài)響應(yīng)性能，選擇DC/DC轉(zhuǎn)換器時，觀察效率曲線和注意標(biāo)稱工作電流下的效率也是重要的。圖2顯示FAN4603數(shù)據(jù)表的樣本曲線。數(shù)據(jù)表也對瞬態(tài)性能進行了詳述，示波器顯示器顯示了當(dāng)電流從穩(wěn)定狀態(tài)到尖峰時Vout的穩(wěn)定性，也即模擬無線廣播，或啟動更高功率傳感器，如脈搏血氧計中的LED。

　　圖2. 在3.7V輸入和不同輸出電壓下帶有1mA 至 600mA負載時，F(xiàn)AN4603 DC/DC轉(zhuǎn)換器的效率曲線。