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在不影响功率预算的情况下提升便携医疗装置的性能

上网日期: 2015年08月14日 ?? 作者: Franco Contadini ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:医疗微控制器SoC? PMIC? 便携医疗装置? 阻抗测量?

引言

全球范围内有很高比例的成人需要定期监测个人生命体征(即血糖、血压、血氧饱和度)。自然而然地,我们看到对便携式医疗装置的需求越来越旺盛,这种医疗装置可实现上述任务,甚至集成更多功能。而且这种趋势不会停止。

体积、重量、可靠性、安全性以及功耗是设计现代化便携式医疗装置的关键因素。现在典型的便携式医疗装置一般需要多种宏模块:处理电源的电源管理电路,无论是一次性还是可充电电池;模拟前端(AFE),用于将传感器的信号调制并转换为数字信号;微控制器,用于对采集信号执行数学计算,在集成LCD屏幕上显示信息,或者将数据发送至有线/无线装置。实现所有这些功能一般需要使用不同的分离式器件。

高效的电源管理对这些便携式装置至关重要。本文介绍一款单片低功耗片上系统(SoC),既适合用于使用一次性电池(纽扣电池或碱性电池)的便携式医疗装置,又适合用于使用可充电电池供电的医疗装置。我们还将讨论第二款设计,其中可增加电源管理IC (PMIC),以支持附加装置功能。

在介绍这两种方案之前,我们需要首先了解典型的分立式设计。然后讨论转向集成式方案、在不影响功率预算的情况下提高性能所带来的好处。我们也研究节省空间、最大化功率利用、利用USB连接提高安全性的新型集成电路。我们也将了解一下将现代化便携式医疗装置连接至智能电话是多么简单,以及如何扩展应用范围和使用看起来无限的数据。

分立式方案的复杂性、成本和空间

我们的讨论首先从简单回顾分立式电源方案的典型功能方框图开始(图1)。电池管理电路包括电池隔离器、电池充电器、电量计、背光照明电源以及线性/开关稳压器。AFE通常要求ADC、DAC、运放、比较器、模拟开关和电压基准。使用如此多的分立式器件会潜在影响系统可靠性,同时也毫无疑问地增加成本和电路板空间。

在不影响功率预算的情况下提升便携医疗装置的性能(电子工程专辑)
图1. 便携式医疗设备中使用众多分立式元件的基本电源方案方框图。

集成式方案具有较高性能

现在,有一种新型双芯片集成式方案,包括微控制器SoC和PMIC,提高总体性能(图2)。我们接下来将介绍SOC和PMIC。

在不影响功率预算的情况下提升便携医疗装置的性能(电子工程专辑)
图2. 使用MAX32600微控制器SoC和PMIC的集成式方案简化设计并提高性能。

第二页:安全的医疗微控制器 SoC

第三页:信赖保护单元提供必不可少的安全性

第四页:电源方案增加了可充电医疗装置的安全性且节省空间

第五页:电量计准确指示充电状态

第六页:电源选择器延长电池寿命


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