遠(yuǎn)程醫(yī)療顛覆可穿戴設(shè)備，模擬前端和電源成為設(shè)計(jì)關(guān)鍵

遠(yuǎn)程醫(yī)療方式正在顛覆傳統(tǒng)的醫(yī)療行業(yè)，主要有三大驅(qū)動(dòng)力：首先，關(guān)鍵生命體征傳感技術(shù)的創(chuàng)新加速了人們對(duì)醫(yī)療數(shù)據(jù)的采集，也使得人們對(duì)醫(yī)療健康監(jiān)護(hù)的獲取有了更全面的途徑，可穿戴醫(yī)療健康設(shè)備持續(xù)的新增更多臨床檢測(cè)功能，使遠(yuǎn)程病人監(jiān)護(hù)有了更全面、更綜合的方案；第二，醫(yī)療健康費(fèi)用方面，全球的總體花費(fèi)遭遇通貨膨脹的速度增加，當(dāng)前的總量約9萬(wàn)億美元，遠(yuǎn)程病人監(jiān)護(hù)能有效降低醫(yī)療成本，不管從近期還是遠(yuǎn)期來(lái)說(shuō)，都能改善健康護(hù)理的結(jié)果，并且提高生活質(zhì)量；第三，傳統(tǒng)的醫(yī)療健康護(hù)理一直集中在特定的醫(yī)療機(jī)構(gòu)，這就意味著病患必須到這些場(chǎng)所才能獲取相關(guān)的監(jiān)測(cè)或者治療，去中心化的醫(yī)療健康護(hù)理將會(huì)提升便捷度，并且可以做到早期檢測(cè)，離成功治愈更近一步。

在這些驅(qū)動(dòng)力之下，支撐遠(yuǎn)程醫(yī)療實(shí)現(xiàn)的可穿戴醫(yī)療產(chǎn)品這幾年呈快速發(fā)展態(tài)勢(shì)。市場(chǎng)研究公司Yole Developpement 2020年的報(bào)告顯示，醫(yī)療健康可穿戴產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從2019年的3.47億件持續(xù)增長(zhǎng)到2025年的7.54億件，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到14%，主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)自醫(yī)療類(lèi)穿戴和消費(fèi)類(lèi)穿戴兩大市場(chǎng)對(duì)多項(xiàng)關(guān)鍵生命體征監(jiān)測(cè)的需求。
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日前，Maxim Integrated電池電源方案事業(yè)部執(zhí)行總監(jiān)Karthi Gopalan在采訪中表示，生活和消費(fèi)電子設(shè)備正在加入更多的醫(yī)療追蹤功能以獲得更大的市場(chǎng)占有率，與此同時(shí)，傳統(tǒng)的醫(yī)療器械廠商也在積極地制造外觀時(shí)尚、更像是消費(fèi)電子的設(shè)備，兩個(gè)市場(chǎng)正在逐漸靠攏、融合。Maxim Integrated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也認(rèn)為，可穿戴設(shè)備會(huì)越來(lái)越多去獲取相關(guān)醫(yī)療部門(mén)監(jiān)管的認(rèn)證，消費(fèi)類(lèi)和醫(yī)療類(lèi)的界限會(huì)變得越來(lái)越模糊。

融合了醫(yī)療追蹤功能的可穿戴設(shè)備，當(dāng)前主要面臨五大挑戰(zhàn)：佩戴的舒適性、測(cè)量精度、電池壽命、充電時(shí)間、以及集成更多監(jiān)測(cè)功能之后所需提供的全方位的數(shù)據(jù)。這對(duì)模擬前端、電源管理芯片都帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)。Maxim如何幫助可穿戴設(shè)備廠商應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)？

單片可測(cè)量四項(xiàng)生命體征信號(hào)的模擬前端MAX86178

Maxim日前推出MAX86178三系統(tǒng)生命體征模擬前端(AFE)，一片即可測(cè)量四項(xiàng)生命體征信號(hào)，能夠簡(jiǎn)化可穿戴遠(yuǎn)程病人監(jiān)測(cè)(RPM)設(shè)備的設(shè)計(jì)。這一高度集成的方案，與傳統(tǒng)分立式方案相比，新方案尺寸縮小了30%；與上一代模擬前端MAX86176相比，在測(cè)量心率和SpO2的光學(xué)PPG子系統(tǒng)、單導(dǎo)聯(lián)ECG子系統(tǒng)基礎(chǔ)上，新增了測(cè)量呼吸率的生物電勢(shì)和生物阻抗(BioZ)子系統(tǒng)，可提供更為豐富的數(shù)據(jù)。

MAX86178在2.6mm x 2.8mm的封裝內(nèi)集成了PPG、ECG和BioZ三種測(cè)量系統(tǒng)，可獲取四項(xiàng)常見(jiàn)生命體征：心電圖(ECG或EKG)、心率(ECG或光學(xué)PPG)、血氧飽和度(SpO2)和呼吸率(采用BioZ)。此外，MAX86178還支持光學(xué)PPG和ECG同步定時(shí)，幫助測(cè)量衍生健康指標(biāo)。

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Andrew Baker認(rèn)為，可穿戴醫(yī)療設(shè)備的長(zhǎng)期佩戴對(duì)很多慢性病的監(jiān)測(cè)非常有幫助，成本低，效果好，用戶(hù)的接受度也高。它提供的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)在醫(yī)療數(shù)據(jù)分析中至關(guān)重要，進(jìn)而可以轉(zhuǎn)化為具體有用的可執(zhí)行結(jié)論，讓每一個(gè)個(gè)體在自己的潛在健康問(wèn)題累計(jì)發(fā)展成慢性病之前，清楚地認(rèn)識(shí)到這些健康風(fēng)險(xiǎn)。如果能將現(xiàn)在的測(cè)量方式從現(xiàn)在需要病人主動(dòng)配合，變成更多無(wú)感知的被動(dòng)式測(cè)量，就能夠更好的增加用戶(hù)黏性。

考慮到下一代可穿戴PRM需要工作在較低功耗，來(lái)支持使用更小的電池或延長(zhǎng)電池壽命，滿(mǎn)足更方便的充電要求。為了支持超低功耗特性，MAX86178還為每個(gè)子系統(tǒng)提供了可配置的選項(xiàng)，以?xún)?yōu)化具體應(yīng)用場(chǎng)景下的電池壽命。同時(shí)，ADI還提供MAX20343升/降壓調(diào)節(jié)器，以及MAX20360電源管理IC作為MAX86178的電源優(yōu)化方案。

單電感多輸出(SIMO)電源管理IC MAX77659

在電源管理方面，Maxim最新推出的單電感多輸出(SIMO)電源管理IC MAX77659提供更高的集成度，它集成了開(kāi)關(guān)模式升/降壓充電器，能夠?qū)⒖纱┐骱投魇皆O(shè)備充電的速度提高4倍，只需充電10分鐘即可為可穿戴、耳戴式和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備提供超過(guò)4小時(shí)的續(xù)航時(shí)間，而傳統(tǒng)方案在充電后只能提供1.5小時(shí)續(xù)航時(shí)間。
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據(jù)Karthi Gopalan介紹，MAX77659 SIMO PMIC提供三個(gè)獨(dú)立可編程升/降壓調(diào)節(jié)器，共享同一個(gè)電感，可最大程度減小方案總尺寸。調(diào)節(jié)器在中、高負(fù)載條件下的效率高達(dá)91%，輕載條件下的靜態(tài)電流僅為5μA，從而有效延長(zhǎng)電池壽命。MAX77659 SIMO PMIC支持自主裕量控制，最大程度降低壓降從而減少熱損耗，同時(shí)為調(diào)節(jié)充電電流提供足夠裕量。 ?

MAX77659采用微小尺寸30焊球晶圓級(jí)封裝(WLP)，尺寸為2.55 mm x 2.37mm。單電感的采用和集成式充電器將材料清單減少60%，方案總尺寸僅為22mm²，減小50%。

“隨著由電池供電的便攜式診斷儀器不斷涌現(xiàn)，對(duì)于電源管理和生物傳感器協(xié)同工作的創(chuàng)新成為了電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須要考慮的一個(gè)課題。這意味著設(shè)計(jì)人員需要在不犧牲傳感器信號(hào)精確度的情況下，實(shí)現(xiàn)最少的功耗和最小的外形尺寸?！盞arthi Gopalan認(rèn)為。

ADI與Maxim將發(fā)揮互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，迎接復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

Maxim與ADI在汽車(chē)、工業(yè)、通信以及醫(yī)療健康領(lǐng)域都有很強(qiáng)的滲透率，雙方目前正處于合并過(guò)渡階段。在采訪中，Maxim方面表示，接下來(lái)將會(huì)在如何發(fā)揮互補(bǔ)技術(shù)優(yōu)勢(shì)方面做出更大努力。

可以預(yù)見(jiàn)的是，未來(lái)的可穿戴設(shè)備將能夠提供全面的遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)，更好地監(jiān)測(cè)關(guān)鍵生命體征，服務(wù)于疾病的預(yù)測(cè)、預(yù)防以及慢性病的管理。在可穿戴醫(yī)療設(shè)備中融合更多傳感器、提供更為全面的數(shù)據(jù)信息過(guò)程中，模擬前端、電源管理都是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。Andrew Baker表示，在融合了更多傳感器的設(shè)計(jì)中，需要考慮不同通道信號(hào)類(lèi)型之間的干擾、多個(gè)信號(hào)之間的同步，并且，系統(tǒng)噪聲要足夠小，要更為慎重地考慮系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)。
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