便携式医疗设计中的无线发展趋势

医疗行业渴望获得多功能和互操作性，当然还需要无线接口，本文将探讨无线发展趋势及其挑战，包括在采用无线模块时，现在设计中的标准和频率以及功率考虑事项。使用单节可充电电池的应用将会是未来通用终端应用产品，如某些血糖仪和脉搏血氧计之类。我们将讨论这些趋势如何影响医疗保健行业。

　　虽然消费类应用设备总有一些精通科技（tech-savvy）的用户，并可以给他们推荐一系列功能集和附件功能，但是典型的医疗终端用户可能各式各样，从居家病人到医院里照顾严重病人的护士，两者均有特定的需求以及所期望获得的特性。但作为终端设备，医疗器材必须可靠和易于使用。满足上述需求的技术业已可用，但更重要的是，这些技术也经过证明足以满足这些需求并推动当前的设计趋势。如果设计人员了解去哪里寻找合适的技术和如何应用，则手机技术是现成的和容易利用的。

　　医疗移动设备通常具备特定的用途，如脉搏血氧仪或血糖仪，这些设备完成其核心任务非常出色。这些便携设备演变成具有多传感器日常任务以及数据趋势记录，在显示屏有限的小型手机上保留这些信息并不实际。有两种通用方法从手机或其接口获取这些数据：使用无线方式或者通过USB。不久以前，使用的是可移动储存卡，但即使把它们取下或插入PC这样简单的工作也是很麻烦的。

　　无线趋势和解决方案

　　现在医用手机设计支持两项标准：低功率蓝牙（Bluetooth®）和ZigBee®。在无线医疗远程监测服务（Wireless Medical Telemetry Service，WMTS）以及工业科学和医疗（Industrial Science and Medical，ISM）领域，也有一些基于专有技术的解决方案，其频带范围为400MHz至2.5GHz，当然，这仍然属于移动电话的频带。频带选择将取决于应用需求以及与接收器的距离远近，设备的尺寸和可用功率也将影响频带。不管频率选择如何，对于所有无线应用，功率也是常见的两难问题，但也这是我们从移动手机行业中利用半导体技术最多的地方。选择单节锂离子电池作为可充电的电源，以便最好地应用此项技术。虽然AA干电池和钮扣电池也可用，但是它们的低电压经常需要较昂贵的降低/升压拓扑，而且第二电源选件不是那么普遍。

　　无线技术的核心难题是其动态功率需求，无线收发器无法工作在持续广播或接收模式下，而是按照应用相关需要以脉冲式数据发送或接收。正是这种脉冲式工作在电池供电轨（Vbatt）上是最难做到的。将无线收发器偏压通过电容组直接连接至电池是一种解决方案，但可充电电池有着太大的工作电压范围，通常是2.5V 至 4.2V。针对芯片核心供电轨必须使用DC/DC降压转换器。这可使Vbatt保持稳定，并且不会引发最终连接至Vbatt的传感器下游发生欠压事件，而其可能影响数据准确性。

　　医疗设备设计团队可能没有移动功率专家，但在快节奏的行业竞争中仍然希望能够发布新的差异性产品，以期增加市场份额。为了省去详细的DC/DC设计和建模，飞兆半导体针对使用单节可充电锂离子电池运行的无线收发器，推出完全集成的功率模块FAN4603。所有输入电容器、电感器、以及输出电容器都集成在2.5mm x 4.0mm表面贴装封装里。其瞬态响应特性是处理无线技术动态功率需求的关键。输入范围与可充电电池相符，且输出固定为1.0V到1.8V，取决于器件编号后缀类型，并且提供高达600mA的电流。6MHz的开关频率使得便携式无线设备可以使用小型集成电感器，并具有良好的瞬态响应质量。图1显示了FAN4603的内部结构。

　　图1. 用于3.7V锂离子电池的FAN4603 DC/DC转换器，具有从1.0V 至 1.8V的固定输出电压范围，电流高达600mA

　　除了瞬态响应性能，选择DC/DC转换器时，观察效率曲线和注意标称工作电流下的效率也是重要的。图2显示FAN4603数据表的样本曲线。数据表也对瞬态性能进行了详述，示波器显示器显示了当电流从稳定状态到尖峰时Vout的稳定性，也即模拟无线广播，或启动更高功率传感器，如脉搏血氧计中的LED。

　　图2. 在3.7V输入和不同输出电压下带有1mA 至 600mA负载时，FAN4603 DC/DC转换器的效率曲线。
智能MOSFET

从DC/DC 调节器输出下游，常常需要使用电源调节器来将经过调节的电平分配至其它负载，如传感器、背光驱动器等。在手持设备规范要求中，对电池寿命的要求较严苛，当不使用时，通常使用智能负载开关来隔离电池产生的功率消耗。为提供这两项功能，飞兆半导体提供的IntelliMAX™系列是可选择之一，该系列时常应用于移动手机和医疗手持设备设计。其概念是MOSFET带有集成驱动和保护特性，例如：转换速率控制以减少涌入电流、过流保护、热保护、以