如何設(shè)計(jì)小型藍(lán)牙醫(yī)療器械和可穿戴設(shè)備 - 降低外形尺寸和成本的七個(gè)設(shè)計(jì)概念
構(gòu)建外形小巧且要求嚴(yán)格的藍(lán)牙醫(yī)療器械不僅僅是從市場(chǎng)上挑選最小的硬件組件。您還可以通過優(yōu)化物料表 (BOM) 來減小產(chǎn)品尺寸。使用 Silicon Labs 的集成藍(lán)牙 SoC 和模塊,包括醫(yī)療應(yīng)用中所需的各種外圍設(shè)備功能和特性,可以節(jié)省大量 PCB 尺寸,提高設(shè)計(jì)靈活性,并降低成本。
幾十年來,Silicon Labs 一直與許多醫(yī)療器械制造商合作。正是因?yàn)橛辛顺晒Φ暮献鳎覀冮_發(fā)了多種與無線醫(yī)療應(yīng)用相關(guān)的功能,并將其集成到藍(lán)牙 SoC 和模塊中。在本篇博客中,我們講解了七個(gè)有效的藍(lán)牙設(shè)計(jì)概念,可以節(jié)省您在醫(yī)療應(yīng)用中的 PCB 尺寸、設(shè)計(jì)成本和 BoM。
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Silicon Labs 的藍(lán)牙解決方案具有強(qiáng)大的安全性,通過最高 PSA 3 級(jí)認(rèn)證和 DTSec(聯(lián)網(wǎng)糖尿病設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn))。
七個(gè)藍(lán)牙設(shè)計(jì)概念
1. 集成式 AI/ML 加速器
機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 允許根據(jù)現(xiàn)有模型處理大量傳感器數(shù)據(jù),以識(shí)別異常情況,并確定需要將哪些數(shù)據(jù)傳輸回云。?對(duì)于 EKG 等設(shè)備,如今的無線設(shè)備將所有收集到的數(shù)據(jù)傳輸回云進(jìn)行處理和分析。通過識(shí)別設(shè)備上的關(guān)鍵數(shù)據(jù),只需要傳輸回某些數(shù)據(jù)子集,節(jié)省寶貴的資源并延長(zhǎng)電池壽命。
人工智能 (AI) 也可以用于原居安老等應(yīng)用,在這些應(yīng)用中,監(jiān)測(cè)生命體征、查看數(shù)據(jù)變化、觀察步態(tài)等,以及通常識(shí)別非正常模式,可以為提供者提供關(guān)鍵的診斷數(shù)據(jù),并向護(hù)理人員和親人觸發(fā)救生警報(bào),從而大大改善,甚至挽救患者的生命。
Silicon Labs BG24 藍(lán)牙 SoC 為設(shè)備制造商提供了一個(gè)集成式 AI/ML 加速器,加快了 ML 推理速度,功耗更低,無需板載外部 ML 處理器。
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2. 模擬外圍設(shè)備
ADC 用于許多無線醫(yī)療器械和可穿戴設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)傳感器測(cè)量和電池電源監(jiān)控。Silicon Labs 的多個(gè)藍(lán)牙 SoC 采用了集成式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC),具有 12、16 和 20 位的高分辨率,可節(jié)省成本、尺寸、設(shè)計(jì)和測(cè)試工作。此外,與許多競(jìng)爭(zhēng)解決方案相比,Silicon Labs 藍(lán)牙解決方案可為 ADC 提供更高的有效位數(shù) (ENOB),從而實(shí)現(xiàn)更有效的采樣。
對(duì)于采用基于離散模擬前端 (AFE) 解決方案的 CGM(和其他便攜式醫(yī)療器械)制造商而言,ADC 和 DAC 是可在芯片上使用的兩種關(guān)鍵功能,因此無需板載其他元件。Silicon Labs BG24 的 ADC 和 DAC 可與外部運(yùn)算放大器耦合,形成一個(gè)完整的模擬前端,同時(shí)降低了在 CGM 設(shè)備上集成的成本、空間和復(fù)雜性。
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3.?DC-DC 轉(zhuǎn)換器
DC-DC 轉(zhuǎn)換器是電池供電醫(yī)療器械的一項(xiàng)重要功能。升壓轉(zhuǎn)換器允許 SoC 使用堿性和氧化銀等低壓電池,輸入范圍為 0.8 至 1.7 V,使藍(lán)牙 SoC 能夠在較低的電源電壓下工作。降壓轉(zhuǎn)換器允許 SoC 使用其他 ~3V 電池,例如鋰鈕扣電池,它用于提高能源效率和電池壽命或減小電池尺寸。Silicon Labs BG27 包括這兩種 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。
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4. 電荷計(jì)量器
為了預(yù)測(cè)和防止在關(guān)鍵健康應(yīng)用的使用過程中出現(xiàn)意外電池耗盡,庫(kù)侖計(jì)數(shù)器可準(zhǔn)確跟蹤電池電量,以增強(qiáng)用戶的安全和體驗(yàn)。Silicon Labs BG27 具有集成的庫(kù)侖計(jì)數(shù)器,無需板載其他外部元件。
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5. 低頻 RC 振蕩器
對(duì)于藍(lán)牙 LE 2.4 GHz 應(yīng)用,藍(lán)牙 LE SoC 需要滿足 ±500 ppm 的指定睡眠時(shí)鐘精度。BG22 和 BG27 具有內(nèi)部低頻 RC 振蕩器 32 kHz (LFRCO),可根據(jù)設(shè)備上的 HFXO 進(jìn)行自校準(zhǔn),以滿足藍(lán)牙 LE 要求。因此,設(shè)備制造商可以去除板載外部低頻晶體,從而節(jié)省空間和 BoM 成本,除非應(yīng)用需要更高的時(shí)鐘精度。
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6. 匹配網(wǎng)絡(luò)
Silicon Labs 參考無線電板設(shè)計(jì)通常使用大量元件和多層來進(jìn)行 RF 和 VDD 濾波,以便在最高輸出功率級(jí)別下為設(shè)備制造商提供最佳 RF 性能。但是,醫(yī)療器械和可穿戴設(shè)備使用的功率級(jí)別較低,這意味著您可以減少設(shè)計(jì)中的 PCB 層和元件數(shù)量,同時(shí)保持可接受的 RF 性能。
通過優(yōu)化 BG22、BG24 和 BG27 SoC 的 RF 性能,使其符合 ETSI 和 FCC 針對(duì)低功耗設(shè)備的規(guī)定,您可以減少旁路電容器、濾波器和天線匹配網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量,最多可減少 6-14 個(gè)元件,從而降低尺寸和 BoM 成本,同時(shí)滿足 ETSI/FCC 要求。
詳細(xì)了解 BG22、BG24 和 BG27 的尺寸和成本優(yōu)化藍(lán)牙解決方案!
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7.?功耗
將藍(lán)牙設(shè)備的功耗降至最低,使設(shè)備制造商能夠減小設(shè)備外形尺寸。在運(yùn)行期間和優(yōu)化睡眠模式 (EM2) 下的超低功耗,結(jié)合 BG27 中提供的 DC-DC 升壓的 1.5v 電源,使設(shè)備能夠安裝一個(gè)極小的氧化銀 1.5v 電池,從而最大限度地減小設(shè)備的整體外形尺寸。