如何設計小型藍牙醫(yī)療器械和可穿戴設備 - 降低外形尺寸和成本的七個設計概念
構建外形小巧且要求嚴格的藍牙醫(yī)療器械不僅僅是從市場上挑選最小的硬件組件。您還可以通過優(yōu)化物料表 (BOM) 來減小產品尺寸。使用 Silicon Labs 的集成藍牙 SoC 和模塊,包括醫(yī)療應用中所需的各種外圍設備功能和特性,可以節(jié)省大量 PCB 尺寸,提高設計靈活性,并降低成本。
幾十年來,Silicon Labs 一直與許多醫(yī)療器械制造商合作。正是因為有了成功的合作,我們開發(fā)了多種與無線醫(yī)療應用相關的功能,并將其集成到藍牙 SoC 和模塊中。在本篇博客中,我們講解了七個有效的藍牙設計概念,可以節(jié)省您在醫(yī)療應用中的 PCB 尺寸、設計成本和 BoM。
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Silicon Labs 的藍牙解決方案具有強大的安全性,通過最高 PSA 3 級認證和 DTSec(聯(lián)網(wǎng)糖尿病設備的網(wǎng)絡安全標準)。
七個藍牙設計概念
1. 集成式 AI/ML 加速器
機器學習 (ML) 允許根據(jù)現(xiàn)有模型處理大量傳感器數(shù)據(jù),以識別異常情況,并確定需要將哪些數(shù)據(jù)傳輸回云。?對于 EKG 等設備,如今的無線設備將所有收集到的數(shù)據(jù)傳輸回云進行處理和分析。通過識別設備上的關鍵數(shù)據(jù),只需要傳輸回某些數(shù)據(jù)子集,節(jié)省寶貴的資源并延長電池壽命。
人工智能 (AI) 也可以用于原居安老等應用,在這些應用中,監(jiān)測生命體征、查看數(shù)據(jù)變化、觀察步態(tài)等,以及通常識別非正常模式,可以為提供者提供關鍵的診斷數(shù)據(jù),并向護理人員和親人觸發(fā)救生警報,從而大大改善,甚至挽救患者的生命。
Silicon Labs BG24 藍牙 SoC 為設備制造商提供了一個集成式 AI/ML 加速器,加快了 ML 推理速度,功耗更低,無需板載外部 ML 處理器。
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2. 模擬外圍設備
ADC 用于許多無線醫(yī)療器械和可穿戴設備,以實現(xiàn)傳感器測量和電池電源監(jiān)控。Silicon Labs 的多個藍牙 SoC 采用了集成式模擬數(shù)字轉換器 (ADC),具有 12、16 和 20 位的高分辨率,可節(jié)省成本、尺寸、設計和測試工作。此外,與許多競爭解決方案相比,Silicon Labs 藍牙解決方案可為 ADC 提供更高的有效位數(shù) (ENOB),從而實現(xiàn)更有效的采樣。
對于采用基于離散模擬前端 (AFE) 解決方案的 CGM(和其他便攜式醫(yī)療器械)制造商而言,ADC 和 DAC 是可在芯片上使用的兩種關鍵功能,因此無需板載其他元件。Silicon Labs BG24 的 ADC 和 DAC 可與外部運算放大器耦合,形成一個完整的模擬前端,同時降低了在 CGM 設備上集成的成本、空間和復雜性。
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3.?DC-DC 轉換器
DC-DC 轉換器是電池供電醫(yī)療器械的一項重要功能。升壓轉換器允許 SoC 使用堿性和氧化銀等低壓電池,輸入范圍為 0.8 至 1.7 V,使藍牙 SoC 能夠在較低的電源電壓下工作。降壓轉換器允許 SoC 使用其他 ~3V 電池,例如鋰鈕扣電池,它用于提高能源效率和電池壽命或減小電池尺寸。Silicon Labs BG27 包括這兩種 DC-DC 轉換器。
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4. 電荷計量器
為了預測和防止在關鍵健康應用的使用過程中出現(xiàn)意外電池耗盡,庫侖計數(shù)器可準確跟蹤電池電量,以增強用戶的安全和體驗。Silicon Labs BG27 具有集成的庫侖計數(shù)器,無需板載其他外部元件。
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5. 低頻 RC 振蕩器
對于藍牙 LE 2.4 GHz 應用,藍牙 LE SoC 需要滿足 ±500 ppm 的指定睡眠時鐘精度。BG22 和 BG27 具有內部低頻 RC 振蕩器 32 kHz (LFRCO),可根據(jù)設備上的 HFXO 進行自校準,以滿足藍牙 LE 要求。因此,設備制造商可以去除板載外部低頻晶體,從而節(jié)省空間和 BoM 成本,除非應用需要更高的時鐘精度。
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6. 匹配網(wǎng)絡
Silicon Labs 參考無線電板設計通常使用大量元件和多層來進行 RF 和 VDD 濾波,以便在最高輸出功率級別下為設備制造商提供最佳 RF 性能。但是,醫(yī)療器械和可穿戴設備使用的功率級別較低,這意味著您可以減少設計中的 PCB 層和元件數(shù)量,同時保持可接受的 RF 性能。
通過優(yōu)化 BG22、BG24 和 BG27 SoC 的 RF 性能,使其符合 ETSI 和 FCC 針對低功耗設備的規(guī)定,您可以減少旁路電容器、濾波器和天線匹配網(wǎng)絡的數(shù)量,最多可減少 6-14 個元件,從而降低尺寸和 BoM 成本,同時滿足 ETSI/FCC 要求。
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7.?功耗
將藍牙設備的功耗降至最低,使設備制造商能夠減小設備外形尺寸。在運行期間和優(yōu)化睡眠模式 (EM2) 下的超低功耗,結合 BG27 中提供的 DC-DC 升壓的 1.5v 電源,使設備能夠安裝一個極小的氧化銀 1.5v 電池,從而最大限度地減小設備的整體外形尺寸。