面向醫(yī)療健康可穿戴產(chǎn)品的難點(diǎn)，ADI帶來(lái)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(chǎng)規(guī)模從2019年的3.47億件，會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)到2025年的7.54億件，復(fù)合年均增長(zhǎng)率14%。主要驅(qū)動(dòng)力是醫(yī)療和消費(fèi)類(lèi)穿戴市場(chǎng)。而這兩大驅(qū)動(dòng)力都有共同的潛在需求——對(duì)多項(xiàng)關(guān)鍵生命體征的監(jiān)測(cè)，這對(duì)相關(guān)系統(tǒng)和芯片供應(yīng)商來(lái)說(shuō)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(huì)考慮到需要用哪些通道，哪些信號(hào)的類(lèi)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(huì)考慮到多個(gè)信號(hào)的同步，例如在測(cè)量ECG、PPG等多種信號(hào)時(shí)，對(duì)于某些衍生的生命體征的算法開(kāi)發(fā)也會(huì)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(cè)量？例如在手腕上測(cè)血氧，人的血流信號(hào)是從弱到強(qiáng)分布很廣，對(duì)于有些人，或者在某些場(chǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)精準(zhǔn)的測(cè)量。

ECG在穿戴產(chǎn)品設(shè)計(jì)里也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，對(duì)于干皮膚的測(cè)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(cè)量。

對(duì)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(chǎng)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(jiǎn)。

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?duì)于這些模擬前端，要有非常干凈的電源，以便在測(cè)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(chēng)，MAX77659的優(yōu)勢(shì)是：客戶無(wú)需擔(dān)心傳統(tǒng)的解決方案之間各個(gè)元件之間的配置問(wèn)題。因?yàn)閮?nèi)部已做過(guò)很多測(cè)試，像對(duì)于信號(hào)完整性要求比較高的這種醫(yī)療的傳感器是其中一類(lèi);還有GPS，音頻的設(shè)備等，對(duì)于信號(hào)的完整性要求是比較高的。剛開(kāi)始，客戶開(kāi)始會(huì)覺(jué)得MAX77659是一個(gè)新架構(gòu)，他們會(huì)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）是非常可靠的解決方案，MAX77659已在音頻、醫(yī)療、GPS等應(yīng)用中做過(guò)大量測(cè)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(kāi)關(guān)模式電源的輸出以及1個(gè)開(kāi)關(guān)模式的充電，至少需要4個(gè)電感，而電感通常是電源方案中外部最大的被動(dòng)元件。在MAX77659里，這3路開(kāi)關(guān)模式的輸出以及1路開(kāi)關(guān)模式的充電共用1個(gè)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(gè)需要說(shuō)明的點(diǎn)是，如果某一個(gè)功能元件對(duì)電源的要求非常敏感，MAX77659也提供了一個(gè)LDO來(lái)額外地提供PSRR（電源抑制比），能夠大幅度降低噪聲等。

相對(duì)于市場(chǎng)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(guò)Maxim Integrated（現(xiàn)已并入ADI）的測(cè)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。