便攜式醫療設計中的無線發展趨勢和解決方案
醫療行業渴望獲得多功能和互操作性，當然還需要無線接口， 本文將探討無線發展趨勢及其挑戰，包括在采用無線模塊時，現在設計中的標準和頻率以及功率考慮事項。使用單節可充電電池的應用將會是未來通用終端應用產 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療保健行業。
雖然消費類應用設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，但是典型的醫療終端用戶可能各式各樣，從 居家病人到醫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。但作為終端設備，醫療器材必須可靠和易于使用。滿足上述需求的技術業已可 用，但更重要的是，這些技術也經過證明足以滿足這些需求并推動當前的設計趨勢。如果設計人員了解去哪里尋找合適的技術和如何應用，則手機技術是現成的和容易利用的。
醫療移動設備通常具備特定的用途，如脈搏血氧儀或血糖儀，這些設備完成其核心任務非常出色。這些便攜設備演變成具有多傳感器日常任務以及數據趨勢記錄，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據：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，但即使把它們取下或插入PC這樣簡單的工作也是很麻煩的。
無線趨勢和解決方案
現在醫用手機設計支持兩項標準：低功率藍牙(Bluetooth?)和ZigBee。在無線醫療遠程監測服務(Wireless Medical Telemetry Service，WMTS)以及工業科學和醫療(Industrial Science and Medical，ISM)領域，也有一些基于專有技術的解決方案，其頻帶范圍為400MHz至2.5GHz，當然，這仍然屬于移動電話的頻帶。頻帶選擇將 取決于應用需求以及與接收器的距離遠近，設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 從移動手機行業中利用半導體技術最多的地方。選擇單節鋰離子電池作為可充電的電源，以便最好地應用此項技術。雖然AA干電池和鈕扣電池也可用，但是它們的 低電壓經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。
無線技術的核心難題是其動態功率需求，無線收發器無法工作在持續廣播或接收模式下，而是按照應用相關需要以脈沖式數據發送或接收。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降壓轉換器。這可使Vbatt保持穩定，并且不會引發最終連接至Vbatt的傳感器下游發生欠壓事件，而 其可能影響數據準確性。
醫療設備設計團隊可能沒有移動功率專家，但在快節奏的行業競爭中仍然希望能夠發布新的差異性產品，以期增加市場份額。為了省去詳細的DC/DC設計和建 模，飛兆半導體針對使用單節可充電鋰離子電池運行的無線收發器，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。其瞬態響應特性是處理無線技術動態功率需求的關鍵。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的開關頻率使得便攜式無線設備可以使用小型集成電感器，并具有良好的瞬態響應質量。圖1顯示了 FAN4603的內部結構。
圖1. 用于3.7V鋰離子電池的FAN4603 DC/DC轉換器，具有從1.0V 至 1.8V的固定輸出電壓范圍，電流高達600mA
除了瞬態響應性能，選擇DC/DC轉換器時，觀察效率曲線和注意標稱工作電流下的效率也是重要的。圖2顯示FAN4603數據表的樣本曲線。數據表也對瞬 態性能進行了詳述，示波器顯示器顯示了當電流從穩定狀態到尖峰時Vout的穩定性，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，FAN4603 DC/DC轉換器的效率曲線。
智能MOSFET
從DC/DC 調節器輸出下游，常常需要使用電源調節器來將經過調節的電平分配至其它負載，如傳感器、背光驅動器等。在手持設備規范要求中，對電池壽命的要求較嚴苛，當 不使用時，通常使用智能負載開關來隔離電池產生的功率消耗。為提供這兩項功能，飛兆半導體提供的IntelliMAX?系列是可選擇之一，該系列時常應用 于移動手機和醫療手持設備設計。其概念是MOSFET帶有集成驅動和保護特性，例如：轉換速率控制以減少涌入電流、過流保護、熱保護、以及欠壓鎖定。所實 現的關鍵特性是典型的涌入電流控制和邏輯電平使能。圖3顯示了FPF1003 IntelliMAX器件應用來自DC/DC的輸出，提供邏輯可使能1.8V功率電源軌。此器件是30mohm P溝道MOSFET，采用晶圓級芯片尺寸封裝(wafer level chip scale package，WL-CSP)，帶有次1uA靜態電流(此電流用于提供驅動和保護特性)。不同種類的其它配置和封裝可用于此產品系列，并且選擇帶有最佳 校準特性的器件是很重要的。不同編號器件之間的涌入電流控制，以及過流跳變點的差別很大。最終結果是相對于系統架構透明的更關注功率的設計。
圖3. 智能負載開關用來保護電源，以最簡單的方式啟動對下游模塊的供電。
電流限制設置點、故障引腳和負載放電可用于其它器件。
對醫療保健設備的影響
對于終端醫療設備，半導體技術直接影響著其功能和上市時間。采用IC技術和來自移動細分行業的功率架構可以縮短設計周期，獲得經過驗證的解決方案，并擁有 多個供貨來源。FDA審批流程在推出醫療設備過程中是一個非常耗費時間的階段，所以使用經過證實的技術是快速達到目標的關鍵所在。類似FAN4603的集 成功率模塊僅僅是許多完善這項策略的IC產品之一。請注意，不管怎樣，不選擇3.7V可充電單節電池，設計人員將受限于一連串的DC/DC調節器，所以， 在建立架構階段的早期做出正確的決策是應用移動技術的關鍵。
易于與PC或其它手持設備相連接的壽命更長的醫療手持式設備是最終用戶體驗的關鍵所在。由于無線技術減輕了此項煩惱，數據必須最終提供予醫生或醫院，以便 在醫療保健方面起到最大的作用。無線技術是這個最終目標的關鍵，但隨著標準的確定和實施，必須克服數據隱私和FDA障礙。在標準委員會、半導體供應商和便 攜醫療產品設計人員之間進行更進一步的合作，是實現可靠的、能共同使用的解決方案的關鍵。
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