面向醫(yī)療健康可穿戴產(chǎn)品的難點(diǎn)，ADI帶來突破性的模擬前端和電源芯片

迎九

1可穿戴醫(yī)療健康產(chǎn)品興起

據(jù)Yole2020年發(fā)表的報(bào)告顯示，醫(yī)療健康可穿戴產(chǎn)品的市場規(guī)模從2019年的3.47億件，會持續(xù)增長到2025年的7.54億件，復(fù)合年均增長率14%。主要驅(qū)動力是醫(yī)療和消費(fèi)類穿戴市場。而這兩大驅(qū)動力都有共同的潛在需求——對多項(xiàng)關(guān)鍵生命體征的監(jiān)測，這對相關(guān)系統(tǒng)和芯片供應(yīng)商來說是一次非常大的機(jī)遇。

2穿戴產(chǎn)品設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是什么

1）模擬前端

Maxim Integrated（現(xiàn)已并入Analog Devices）工業(yè)與醫(yī)療健康事業(yè)部醫(yī)療健康產(chǎn)品線總經(jīng)理Andrew Baker指出，在加入更多的傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，會考慮到需要用哪些通道，哪些信號的類型需要怎樣去相互干擾的特性。另外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)也可能會考慮到多個信號的同步，例如在測量ECG、PPG等多種信號時(shí)，對于某些衍生的生命體征的算法開發(fā)也會考慮到嚴(yán)格的時(shí)鐘同步。

一些生命體征指數(shù)，例如怎樣去提升穿戴產(chǎn)品的血氧測量？例如在手腕上測血氧，人的血流信號是從弱到強(qiáng)分布很廣，對于有些人，或者在某些場景下，他們的血流灌注指數(shù)（PI）非常低。在這種情況下，模擬前端需要非常高的信噪比來實(shí)現(xiàn)相對精準(zhǔn)的測量。

ECG在穿戴產(chǎn)品設(shè)計(jì)里也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，對于干皮膚的測量，冬天在比較干燥的北方，或者在空調(diào)房間里，皮膚可能極度干燥，這種情況下較難測量。

對此，MAX86178以及之前的MAX86176有相關(guān)的解決方案和設(shè)計(jì)指南，可在多場景下達(dá)到醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。尤其新產(chǎn)品MAX86178的三合一系統(tǒng)，用單芯片完成了4項(xiàng)生命體征的采集，使心電圖、心率、血氧飽和度、呼吸率的采集系統(tǒng)變得更精簡。

2）電源

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要非常慎重地考慮到供電。因?yàn)閷τ谶@些模擬前端，要有非常干凈的電源，以便在測量這些生物傳感的體征時(shí)，系統(tǒng)上的噪聲盡量減小。

Maxim Integrated（現(xiàn)已并入Analog Devices）電池電源方案事業(yè)部執(zhí)行總監(jiān)Karthi Gopalan稱，MAX77659的優(yōu)勢是：客戶無需擔(dān)心傳統(tǒng)的解決方案之間各個元件之間的配置問題。因?yàn)閮?nèi)部已做過很多測試，像對于信號完整性要求比較高的這種醫(yī)療的傳感器是其中一類;還有GPS，音頻的設(shè)備等，對于信號的完整性要求是比較高的。剛開始，客戶開始會覺得MAX77659是一個新架構(gòu)，他們會趨于保守，想用已經(jīng)熟悉的新品，而為了展現(xiàn)SIMO（單電感多輸出）是非?？煽康慕鉀Q方案，MAX77659已在音頻、醫(yī)療、GPS等應(yīng)用中做過大量測試。

新產(chǎn)品MAX77659采用了SIMO架構(gòu)芯片（如圖）。在傳統(tǒng)芯片中，如果需要3路的開關(guān)模式電源的輸出以及1個開關(guān)模式的充電，至少需要4個電感，而電感通常是電源方案中外部最大的被動元件。在MAX77659里，這3路開關(guān)模式的輸出以及1路開關(guān)模式的充電共用1個電感（如下圖），這樣將物料清單減少了60%，同時(shí)總電源解決方案尺寸減小50%。

還有另外一個需要說明的點(diǎn)是，如果某一個功能元件對電源的要求非常敏感，MAX77659也提供了一個LDO來額外地提供PSRR（電源抑制比），能夠大幅度降低噪聲等。

相對于市場上現(xiàn)有的其他電源管理芯片，MAX77659可以為可穿戴設(shè)備、耳戴式設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供4倍的充電速度。通過Maxim Integrated（現(xiàn)已并入ADI）的測試，在短暫充電10min后，芯片就可以為產(chǎn)品提供4h的運(yùn)行時(shí)間。