面向醫(yī)療健康可穿戴產(chǎn)品的難點(diǎn)，ADI帶來(lái)突破性的模擬前端和電源芯片

1   可穿戴醫(yī)療健康產(chǎn)品興起

據(jù)Yole 2020 年發(fā)表的報(bào)告顯示，醫(yī)療健康可穿戴產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模從2019 年的3.47 億件，會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)到2025 年的7.54 億件，復(fù)合年均增長(zhǎng)率14%。主要驅(qū)動(dòng)力是醫(yī)療和消費(fèi)類穿戴市場(chǎng)。而這兩大驅(qū)動(dòng)力都有共同的潛在需求——對(duì)多項(xiàng)關(guān)鍵生命體征的監(jiān)測(cè)，這對(duì)相關(guān)系統(tǒng)和芯片供應(yīng)商來(lái)說(shuō)是一次非常大的機(jī)遇。

2   穿戴產(chǎn)品設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是什么

1）模擬前端

Maxim Integrated( 現(xiàn)已并入Analog Devices) 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指出，在加入更多的傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)考慮到需要用哪些通道，哪些信號(hào)的類型需要怎樣去相互干擾的特性。

另外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)也可能會(huì)考慮到多個(gè)信號(hào)的同步，例如在測(cè)量ECG、PPG 等多種信號(hào)時(shí)，對(duì)于某些衍生的生命體征的算法開(kāi)發(fā)也會(huì)考慮到嚴(yán)格的時(shí)鐘同步。

Maxim Integrated(現(xiàn)已并入Analog Devices)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

一些生命體征指數(shù)，例如怎樣去提升穿戴產(chǎn)品的血氧測(cè)量？例如在手腕上測(cè)血氧，人的血流信號(hào)是從弱到強(qiáng)分布很廣，對(duì)于有些人，或者在某些場(chǎng)景下，他們的血流灌注指數(shù)（PI）非常低。在這種情況下，模擬前端需要非常高的信噪比來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)精準(zhǔn)的測(cè)量。

ECG 在穿戴產(chǎn)品設(shè)計(jì)里也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，對(duì)于干皮膚的測(cè)量，冬天在比較干燥的北方，或者在空調(diào)房間里，皮膚可能極度干燥，這種情況下較難測(cè)量。

對(duì)此，MAX86178 以及之前的MAX86176 有相關(guān)的解決方案和設(shè)計(jì)指南，可在多場(chǎng)景下達(dá)到醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。尤其新產(chǎn)品MAX86178 的三合一系統(tǒng)，用單芯片完成了4 項(xiàng)生命體征的采集，使心電圖、心率、血氧飽和度、呼吸率的采集系統(tǒng)變得更精簡(jiǎn)。

Maxim Integrated (現(xiàn)已并入Analog Devices)電池電源方案事業(yè)部執(zhí)行總監(jiān)Karthi Gopalan

2）電源

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要非常慎重地考慮到供電。因?yàn)閷?duì)于這些模擬前端，要有非常干凈的電源，以便在測(cè)量這些生物傳感的體征時(shí)，系統(tǒng)上的噪聲盡量減小。

Maxim Integrated ( 現(xiàn)已并入Analog Devices) 電池電源方案事業(yè)部執(zhí)行總監(jiān)Karthi Gopalan 稱，MAX77659的優(yōu)勢(shì)是：客戶無(wú)需擔(dān)心傳統(tǒng)的解決方案之間各個(gè)元件之間的配置問(wèn)題。因?yàn)閮?nèi)部已做過(guò)很多測(cè)試，像對(duì)于信號(hào)完整性要求比較高的這種醫(yī)療的傳感器是其中一類；還有GPS，音頻的設(shè)備等，對(duì)于信號(hào)的完整性要求是比較高的。剛開(kāi)始，客戶開(kāi)始會(huì)覺(jué)得MAX77659 是一個(gè)新架構(gòu)，他們會(huì)趨于保守，想用已經(jīng)熟悉的新品， 而為了展現(xiàn)SIMO（單電感多輸出）是非?？煽康慕鉀Q方案，MAX77659 已在音頻、醫(yī)療、GPS 等應(yīng)用中做過(guò)大量測(cè)試。

新產(chǎn)品MAX 77659 采用了SIMO 架構(gòu)芯片（如圖）。在傳統(tǒng)芯片中，如果需要3 路的開(kāi)關(guān)模式電源的輸出以及1 個(gè)開(kāi)關(guān)模式的充電，至少需要4 個(gè)電感，而電感通常是電源方案中外部最大的被動(dòng)元件。在MAX 77659里，這3 路開(kāi)關(guān)模式的輸出以及1 路開(kāi)關(guān)模式的充電共用1 個(gè)電感（如下圖），這樣將物料清單減少了60%，同時(shí)總電源解決方案尺寸減小50%。

圖 MAX77659的SIMO架構(gòu)

還有另外一個(gè)需要說(shuō)明的點(diǎn)是，如果某一個(gè)功能元件對(duì)電源的要求非常敏感，MAX77659 也提供了一個(gè)LDO 來(lái)額外地提供PSRR（電源抑制比），能夠大幅度降低噪聲等。

相對(duì)于市場(chǎng)上現(xiàn)有的其他電源管理芯片，MAX77659可以為可穿戴設(shè)備、耳戴式設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供4 倍的充電速度。通過(guò)Maxim Integrated( 現(xiàn)已并入ADI) 的測(cè)試，在短暫充電10 min 后，芯片就可以為產(chǎn)品提供4 h 的運(yùn)行時(shí)間。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年12月期）