七個訣竅了解如何設計小型藍牙可穿戴醫療設備

對于開發人員來說，構建小型的藍牙醫療設備不僅僅是從市場上選擇最小的硬件，也需要通過優化物料清單（BOM）來減小產品的尺寸和成本。使用Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）集成的藍牙SoC和模塊，除了具備超低功耗和極小封裝的優勢外，還能夠提供醫療應用所需的各種外設功能和特性，從而節省大量PCB占地面積，增強設計靈活性并降低成本。

幾十年來，芯科科技一直與許多醫療設備制造商合作。由于這些成功的合作，我們已經開發了幾個與無線醫療應用相關的功能，并將它們集成到我們的藍牙SoC和模塊中。在這篇博客中，我們將解釋七個關鍵的藍牙設計概念來幫助您提升藍牙醫療設備和應用的開發。

藍牙設計的七個重要概念

1. 集成AI/ML加速器

機器學習(ML)允許根據現有模型處理大量傳感器數據，以識別異常情況，并確定需要將哪些數據傳輸回云端。對于像心電圖這樣的設備，如今的無線設備將收集到的所有數據傳回云端進行處理和分析。通過識別設備上的關鍵數據，只需要傳輸某些子集的數據，從而節省寶貴的資源并延長電池壽命。

人工智能(AI)也可以用于現場老化等應用，在這些應用中，監測生命體征，查看數據變化，觀察步態等事物，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據，并為護理人員和親人觸發救生警報，從而大大改善，甚至挽救患者的生命。

芯科科技BG24藍牙SoC為設備制造商提供了集成的AI/ML加速器，具有更快，更節能的ML推理計算，從而消除了對電路板上外部ML處理器的需求。

2. 模擬外設

ADC用于許多無線醫療設備和可穿戴設備，以實現傳感器測量和電池供電監控。芯科科技藍牙SoC具有集成的ADC，分別有12、16和20位的高分辨率，可節省成本，占地面積，設計和測試工作。此外，與許多競爭解決方案相比，芯科科技藍牙解決方案可提供更高的有效位數(ENOB)的ADC，從而實現更有效的采樣。

對于具有基于離散模擬前端(AFE)解決方案的CGM制造商(和其他便攜式醫療設備)，ADC和DAC是可在片上使用的兩個關鍵功能，從而節省了對電路板上附加組件的需求。BG24具有一個ADC和DAC，可以與外部運算放大器相結合，形成一個完整的模擬前端，在CGM器件上降低了成本、空間和集成復雜性。

3. DC-DC直流轉換器

DC-DC轉換器是電池供電的醫療設備的重要功能。升壓轉換器允許SoC使用低電壓電池，如堿性電池和氧化銀電池，輸入范圍為0.8至1.7V，使藍牙SoC能夠在較低的電源電壓下工作。Buck轉換器允許SoC與其他~3V電池一起工作，例如鋰硬幣電池，它用于提高能源效率和電池壽命或減小電池尺寸。芯科科技BG27包括這兩種DC-DC轉換器。

4. 電荷計量器

為了在使用關鍵健康應用程序期間預測和防止意外的電池耗盡，庫侖計數器可以精確地跟蹤電池電量，以增強用戶的安全性和體驗。BG27具有集成的庫侖計數器，消除了電路板上另一個外部組件的需要。

5. 低頻RC振蕩器

對于低功耗藍牙2.4 GHz應用，藍牙SoC需要滿足指定的睡眠時鐘精度±500ppm。BG22和BG27內部有一個32 kHz的低頻RC振蕩器(LFRCO)，可以根據設備上的HFXO進行自校準，以滿足低功耗藍牙標準的要求。因此，設備制造商可以消除電路板上的外部低頻晶體，從而釋放空間和BOM成本，除非應用程序需要更高的時鐘精度。

6. 匹配網絡

芯科科技的參考無線電板設計通常使用大量的組件和多層進行RF和VDD濾波，以便在最高輸出功率水平下為設備制造商提供最佳的RF性能。然而，醫療設備和可穿戴設備使用較低的功率水平，這意味著您可以減少設計中的PCB層和元件數量，同時保持可接受的射頻性能。

通過經優化的BG22，BG24和BG27的射頻性能，以匹配低功耗器件的ETSI和FCC法規，您可以減少旁路電容器，濾波器和天線匹配網絡的數量，總共多達6-14個組件，以減少占地面積和BOM成本，同時支持ETSI/FCC要求。

7. 電力消耗

最小化藍牙設備的功耗使設備制造商能夠實現更小的設備尺寸。在工作和優化睡眠模式(EM2)中，超低功耗與BG27提供的DC-DC Boost提供的1.5v電源相結合，允許設備配備極小的氧化銀1.5v電池，最大限度地減少設備的整體外形因素。

要了解更多關于低功耗的好處，請閱讀世界上最小的可穿戴設備的案例研究，Lura Health使用BG27超低功耗藍牙WLCSP芯片的智能牙齒植入物：https://cn.silabs.com/applications/case-studies/small-bluetooth-chip-powers-luras-oral-health-monitor。芯科科技的藍牙解決方案具有強大的安全性，具有最高的PSA 3級認證和DTSec(糖尿病聯網設備的網絡安全標準)。