醫療電子技術(shù)應用于保健技術(shù)

過(guò)去5年中，小型電池技術(shù)基本變化不大。而電源設計的技巧和IC 技術(shù)的進(jìn)步，卻直接使得這些傳感器工作壽命延長(cháng)。這些借助手機標準得到實(shí)現的進(jìn)步包括：USB充電、高效DC/DC調節器、I/O 標準 (I2C、SPI、SDIO等)的采用，以及顯示技術(shù)的改進(jìn)等等。

在醫療保健行業(yè)，最重要的問(wèn)題之一是產(chǎn)品何時(shí)能夠面向病患供貨。項目設計周期一般都非常漫長(cháng)，常?？缭綌的曛?。雖然并非所有的時(shí)間都用在電氣設計階段，但很多時(shí)候電氣設計團隊往往是公司內部團隊中規模較小的，而化學(xué)、法律和測試團隊都要大得多。電子產(chǎn)品的一大關(guān)鍵趨勢是縮短上市時(shí)間，同時(shí)降低風(fēng)險。所有便攜式產(chǎn)品都需要某種形式的電源，一般是以原電池或可充電電池供電。電池的功率必須經(jīng)過(guò)調節以滿(mǎn)足下游復雜傳感器所需，這種設計可以延長(cháng)電池的壽命，并使功能集獨立使用。

過(guò)去，這種功率調節模塊消耗資源和實(shí)際工作功率，占用板上面積。而如今，對于DC/DC應用，一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)PWM周?chē)胖枚鄠€(gè)MOSFET的時(shí)代已經(jīng)一去不復返，不再需要眾多無(wú)源器件來(lái)增加最低程度的保護了。我們現在談?wù)摰氖沁^(guò)去5年來(lái)不斷得到采用的集成式DC/DC 降壓 IC。目前，電子行業(yè)正在快速發(fā)展，包括積極開(kāi)發(fā)單芯片電源模塊。這些器件與功率更高的電信行業(yè)中的DC/DC模塊不同，是可經(jīng)由大量銷(xiāo)售渠道供貨、帶專(zhuān)門(mén)部件編號的真正模塑封裝IC。

便攜式醫療電子技術(shù)的發(fā)展使醫療保健成本得以降低。電池供電的非植入性(Non-invasive)傳感器具有移動(dòng)性，加上板上存儲器，就能夠捕獲針對某種病癥的完整數據模式。由于IC技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些器件的尺寸越來(lái)越小、持續工作時(shí)間越來(lái)越長(cháng)，因此更容易在該領(lǐng)域中獲得采用。

病人離開(kāi)醫院之后，生活往往恢復正常。平日里他們應該遵照醫生囑咐呵護好自己的身體，比如放松心情，提高心率，加強營(yíng)養等等?？墒菬o(wú)論什么情況，人們總有遇上極限的時(shí)候。一個(gè)簡(jiǎn)單的病患監控設備可以是一個(gè)讓病患和醫療服務(wù)提供者雙贏(yíng)的解決方案，其不但能減少病患到醫院看病的次數，還能大大提高每次就醫看病的價(jià)值。

僅僅在數年前，傳感器的尺寸還太大，不適用于晝夜連續監控；但隨著(zhù)電子技術(shù)的進(jìn)步，其尺寸縮小，單組電池工作時(shí)間不斷延長(cháng)。血糖監測儀和注射器屬于最初的成功應用案例，最新的進(jìn)展是閉環(huán)測試以及胰島素管理設備。這些設備現已成為I類(lèi)糖尿病病患每天全日使用的設備，但這種概念應該不限于糖尿病患。

DC/DC模塊集成化，提高效率并降低風(fēng)險
飛兆半導體的FAN4603 uModule就是這樣的一款I(lǐng)C。其原理見(jiàn)圖1所示。

圖1 飛兆半導體的FAN4603 uModule

集成有FET的基本控制器與輸入/輸出電容以及DC/DC降壓拓撲所需的開(kāi)關(guān)電感共同封裝在單個(gè)模塊中。其前期優(yōu)勢十分明顯，比如：尺寸減小，庫存部件只有一個(gè)，設計周期相應縮短。此外，還有一些技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)。

由于單一模塊中所有有源部件是如此的接近，大電流和高頻路徑得以縮短，從而可降低EMI，而對于需要復雜傳感器和人體接口的醫療設備行業(yè)來(lái)說(shuō)，低EMI是一個(gè)至關(guān)重要的規范。將這款模塊的降壓拓撲開(kāi)關(guān)頻率提高至6MHz，就能夠集成層疊式電感。由于開(kāi)關(guān)頻率的提高，電感尺寸得以減小。因為這些電感和電容等無(wú)源組件是由實(shí)際PWM和FET設計人員所選擇，各項指標均經(jīng)過(guò)細調，在建議的負載范圍內具有理想的互操作性。

這種調節的缺點(diǎn)是模塊的輸出電壓固定，然而可變輸出電壓又會(huì )導致無(wú)源元件的匹配不平衡。因而，可以提供具有一定輸出電壓的不同模塊來(lái)解決問(wèn)題。首先推出的模塊的輸出電壓為1.8V，Vin為2.3～5.5V。這一電壓范圍是單一可充電電池、AA和AAA雙電池盒，以及單一3V鋰離子電池的理想選擇。

由便攜式醫療設備設計需求所推動(dòng)的電子行業(yè)的另一項重要進(jìn)步是，功率模塊在不同負載上的效率得以提升。醫療應用設備常常處于休眠狀態(tài)，當傳感器未加偏壓和不采集實(shí)際數據時(shí)，僅消耗極少的功率。在這段時(shí)間內，系統Icc可降至10mA以下。在這些輕負載和中等負載狀態(tài)下，可使用PFM技術(shù)以最大限度地減小模塊內部的損耗。圖2所示為FAN4603的典型效率曲線(xiàn)

圖2 FAN4603的典型效率曲線(xiàn)