隨著人們越來越重視身體健康，以及眾多國家面臨人口老化的問題，使得醫(yī)療可穿戴設備的需求快速增加，這些可穿戴設備通常采用電池操作，因此要求低功耗、小體積，這對相關(guān)產(chǎn)品的設計帶來挑戰(zhàn)。本文將為您介紹醫(yī)療可穿戴設備的設計需求，以及由安森美(onsemi)推出的相關(guān)解決方案。

醫(yī)療可穿戴設備的設計需求可能會因應不同的應用場景和目標用戶而有所差異，但一般來說，通常會追求空間優(yōu)化和器件的微型化，為了提高佩戴者的舒適度和便利性，醫(yī)療可穿戴設備應該盡量減少尺寸和重量，并且利用微型化的器件和系統(tǒng)來集成各種功能和通信電路。為了滿足更多元的功能需求，醫(yī)療可穿戴設備應該采用軟性電路技術(shù)，讓設備能夠貼合佩戴者的身體輪廓，并且提高設計的靈活性和可靠性。另一方面，醫(yī)療可穿戴設備的主要目的是快速、及時地將準確的生理數(shù)據(jù)傳送給醫(yī)療照護機構(gòu)，所以在設計上要同時確保充分的功率以及高信號完整性。這需要采用高效能的電源設計、板對板連接器、FPC連接器等組件，以及適當?shù)男盘柼幚砗蛡鬏斔惴ā?

醫(yī)療可穿戴設備作為一種涉及人體健康和安全的產(chǎn)品，必須遵守相關(guān)的法規(guī)和規(guī)范，例如美國FDA、歐盟CE等，這需要在設計時間就進行風險評估和測試驗證，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和效能，以符合醫(yī)療規(guī)范和安全標準。安森美在設計RSL10時采納了植入式醫(yī)療客戶的意見，這些客戶需要設備在不充電的情況下用小電池運行很多年。針對可穿戴設備的無線連接應用，安森美推出的RSL10藍牙低能耗(Bluetooth LE)器件，便具備超低功耗的特性，在睡眠模式下，RSL系列的所有產(chǎn)品都能以非常低的占空比運行，功耗在nA范圍內(nèi)。

像是助聽器這類涉及音頻的應用，便需要一個音頻編解碼器，RSL10集成LPDSP32，可以運行G.722或CELT等音頻編解碼器，LPDSP32處理器是一個專用硬件塊，用于對音頻數(shù)據(jù)進行最高效、最低功耗的壓縮/解壓。安森美的EZAIRO 7160無線預配置DSP含RSL10，是助聽器等小外形、低功耗音頻應用的理想選擇?？纱┐髟O備對體積的要求通常較高，因此選擇WLCSP(晶圓級芯片封裝)的硅片，其帶有焊球用于連接，是用于需要最小外形尺寸的應用，如消費電子或醫(yī)療一次性用品、可穿戴設備或ID標簽。RSL10 WLCSP具有2.32 mm x 2.36 mm的微小尺寸，厚度僅為0.35 mm，RSL10 QFN尺寸為6 mm x 6 mm，RSL15 QFN尺寸是5 mm x 5 mm，仍然非常小。

任何射頻系統(tǒng)的開發(fā)都有一個額外的復雜性，那就是必須選擇周圍的組件和天線來匹配硬件環(huán)境。為了滿足FCC、CE或其他監(jiān)管機構(gòu)的標準的要求，可以選擇一個預先認證的模塊，它集成所有需要的無源組件(如晶體、電源去耦和天線匹配電路)和一個集成天線。在這種情況下，RSL10 SIP是一個理想的解決方案。所有無源組件和天線都集成在這個6mm x 8mm x 1.46mm的認證模塊中。

安森美作為醫(yī)療元器件供應商有著悠久的歷史，并將這一經(jīng)驗用于設計MD-RSL10，使其能夠用于植體或關(guān)乎生命的應用，如心臟監(jiān)測和管理以及神經(jīng)刺激。為了協(xié)助客戶加快產(chǎn)品的開發(fā)速度，安森美有許多經(jīng)驗證的參考設計，可以作為客戶項目開發(fā)起點以加快開發(fā)。參考設計通常包括應用硬件、固件、物料單(BOM)、原理圖和PCB制造文件。安森美提供各種低功耗參考設計，包括RSL10傳感器開發(fā)套件、RSL10資產(chǎn)標簽、能量采集藍牙低能耗開關(guān)、RSL10智能拍攝相機平臺、安全傳輸?shù)取?

開發(fā)人員在保護敏感數(shù)據(jù)(如個人健康信息和支付交易信息)時，必須納入一個或多個安全機制。RSL15包含最新的嵌入式安全功能，具有真正基于硬件的信任根和Arm加密單元，用于硬件加速的加密算法。

可穿戴設備類型多樣，主要包括以下幾類：

智能手表

智能手表是穿戴設備中最常見且功能全面的設備之一。它們不僅可以顯示時間，還能接收通知、監(jiān)測健康數(shù)據(jù)(如心率、血氧、睡眠質(zhì)量等)、進行運動追蹤(如步數(shù)、距離、卡路里消耗等)，并具備支付、音樂播放、拍照等附加功能。智能手表通常配備觸摸屏和多種應用程序，用戶可以通過下載和安裝應用程序來擴展其功能。

智能手環(huán)

智能手環(huán)是另一種流行的穿戴設備，主要用于健康監(jiān)測和運動追蹤。它們通常比智能手表更輕便、價格更實惠，并具備心率監(jiān)測、睡眠監(jiān)測、計步等核心功能。智能手環(huán)的外觀設計多樣，適合不同風格和需求的用戶。

智能眼鏡

智能眼鏡是一種具有增強現(xiàn)實或虛擬現(xiàn)實功能的穿戴設備。它們可以提供導航、拍照、觀影、游戲等多種體驗，并通過內(nèi)置傳感器和攝像頭捕捉用戶周圍的信息。智能眼鏡在特定場景下非常有用，如旅游、教育、娛樂等。

智能服裝

智能服裝是一種集成了智能傳感器的衣物，可以實時監(jiān)測身體的各項指標，如體溫、心率、呼吸等。這些服裝通常用于健身、運動或醫(yī)療領(lǐng)域，幫助用戶更好地了解自己的身體狀況。

其他特殊功能設備除了上述幾種常見的穿戴設備外，還有一些其他類型的設備，如智能鞋子、智能手套、智能襪子、智能頭盔等。這些設備通常具有特定的功能和應用場景，如提高生產(chǎn)效率、監(jiān)測健康數(shù)據(jù)等。

這些可穿戴設備各具特色，功能豐富，滿足了用戶在健康、運動、娛樂等多個方面的需求。遠程監(jiān)控設備則是一種常見的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應用，該設備大部分時間處于睡眠模式，偶爾會被喚醒，發(fā)送幾個數(shù)據(jù)包，然后又回到睡眠模式。RSL15非常適合這種應用，因為它提供了多種低功耗模式，幾乎適合任何應用需求。

RSL10是一款Bluetooth 5.2、多協(xié)議無線電系統(tǒng)單芯片(SoC)，為無線應用實現(xiàn)超低功耗藍牙。RSL10達到行業(yè)最低的功耗，在深度睡眠模式(Deep Sleep Mode)下62.5nW，接收模式下7mW，在支持各種先進的無線功能的同時優(yōu)化了系統(tǒng)尺寸和電池壽命。高度集成的無線電SOC的具有雙核結(jié)構(gòu)和2.4GHz收發(fā)器，靈活支持藍牙低能耗和2.4 GHz自定義協(xié)議，且支持固件在線升級(FOTA)。RSL10具有靈活的電壓范圍(1.1V和3.3V)，支持使用1.2V和1.5V電池的設備，無需外部DC/DC轉(zhuǎn)換器，RSL10采用5.50 mm2 WLCSP和6 x 6 mm QFN封裝。如需更小型號，該無線電SoC還提供全套系統(tǒng)級封裝(SiP)方案。RSL10具有精密雙核結(jié)構(gòu)，采用可編程的Arm Cortex-M3處理器，時鐘速度高達48 MHz，靈活支持2.4 GHz專有和自定義協(xié)議棧。嵌入式數(shù)字信號處理器(DSP)可支撐信號處理密集型應用，如無線音頻編解碼。

RSL10的片上和軟件無線支持包括2.4 GHz射頻前端(RFFE)和支持2 Mbps數(shù)據(jù)速率的藍牙5.2認證基帶控制器。RSL10開發(fā)工具套件中提供了各種藍牙低能耗協(xié)議。這款高度集成的SoC采用強大的雙核架構(gòu)輔以高效的電源管理單元、振蕩器、閃存和RAM存儲器、DMA控制器以及外設和接口，并內(nèi)置384kB閃存，提供IP保護功能，以保護閃存內(nèi)容，并具有可配置的模擬和數(shù)字傳感器接口(GPIO、LSAD、I2C、SPI、PCM)。RSL10相當適用于醫(yī)療可穿戴設備，常見的終端產(chǎn)品包括健身追蹤器/活動監(jiān)測儀、智能手表、助聽器/聽力設備、心率監(jiān)測儀、血糖檢測儀(BGM)、連續(xù)血糖監(jiān)測儀(CGM)、脈沖血氧儀等。