医疗保健设备中的无线电技术

源并限制无线电空间的使用，它们通常会在传感器的电流消耗曲线上产生峰值。无线电收发器中的低峰值电流消耗减少了无线传感器电源电压方面的限制。

输出阻抗也是重要的，因为它主要影响功率放大器(power amplifier, PA)的功耗。匹配网络来连接无线电和天线有助于使插入损耗达到几个dB。

载波频率的选择也会影响功耗。在医疗(ISM)无线电频带中的两种可用选择为2.4GHz或sub-GHz频率。最常用的2.4GHz协议有Wi-Fi、Bluetooth和ZigBee。然而，在低功率和较低数据速率无线医疗监控应用中，sub-GHz无线系统提供了几大优势，包括降低功耗，以及由于较低的自由空间传播损耗，对于给定功率具有更长的距离。更安静的频谱意味着更容易传输和更少重试，这不但更高效，而且节省了电池电能。

对于网络级的平均功率分配，通信协议也有着重大的影响。Zigbee 和蓝牙提供了高度复杂的链接和网络层，但这些协议栈会占用大百分比的无线电功耗，以及较高的资源开销。对于超低功率系统，"一刀切"标准化选项罕有最佳解决方案。相反，设计人员为超低功耗应用而开发的解决方案应该考虑使用最适合其需求的协议。

最后，在周期性工作的无线链接中，链接数据速率是影响功耗的最重要因素之一。平均功率几乎与链接数据速率成反比；例如，对于相同的有效负载，100kbps无线电的功耗几乎是50kbps无线电的一半。在比较RF收发器时，"每比特能量"(energy per bit) 是比电流消耗更好的功率效率指标。但高数据速率无线电常常具有较高的峰值电流，对于大多数小型电池来说，这些是非常不受欢迎的，因为它们会需要大型电容器。

前面提及的每个因素对于需要低功率优势且有效负载大于10 比特/每秒的应用都是至关重要的，然而，先前的可穿戴式无线传感器仅仅能够用于缓慢变化的参数，而新的RF技术可以用于帮助观察更快变化的生理参数，比如心脏和大脑电气活动或血氧，它们需要大约0.5至5 kbit/s的数据速率，以便提取有意义的波形。

小心平衡这些取舍的一个示例就是美高森美的ZL70250收发器(参见图7)，该器件在尺寸大约2mm x 3mm的芯片级封装内，具有标准的2线和SPI接口，可使用任何标准微控制器进行控制和数据传送。该微控制器的模数转换器(ADC)连接至超低功耗模拟前端器件，连同ZL70250收发器，所构成的解决方案可用于开发无线ECG解决方案，采用CR系列纽扣电池可以连续运行长达一周时间。此类器件，比如用于病患呼吸测量的3轴加速计或脉搏血氧计(pulse-oximeter)、以及各种其它可穿戴式健康监控平台，都可以达到类似的功率效率。此类器件使低成本纽扣电池或小型锂离子电池在更换前能够支持长达两周时间的连续WPAN和WBAN数据流。

图7：基于ZL70250的可穿戴式无线传感器装置

随着微功率电池的出现和超低功耗收发器技术的进步，构建智能化的灵活智能无线传感器已经成为可能。要解决各种关键设计问题，选择合适的收发器是至关重要的，以便通过使用单一小型电池，可穿戴式无线医疗设备能够实现生物信号的长期连续监测。今天的超低功耗收发器提供了性能和功率效率的组合，通过平衡一些技术使用相关的折衷，从低电流中获取最大的可能益处。

作者：Reghu Rajan