延長醫療可穿戴設備的電池壽命

對于便攜式醫療設備而言，需延長其電池壽命，減小其外形尺寸，從而確?；颊叱晒κ褂?、實現積極的醫療效果。使用納安級功耗開關控制器MAX16164，不僅能夠解決壽命及便攜性問題，還將通過可編程休眠時間提供設計靈活性。

引言

健康是生活幸福滿足的基礎。近期，新冠疫情進一步凸顯了健康生活方式的必要性與重要性，并強調持續健康監測的關鍵意義。借助活動追蹤器、血壓監護儀、生物傳感器、連續血糖監測儀（CGM）等可穿戴醫療設備，人們能夠定期監測重要的健康信息，例如計算每日步數、檢測摔倒情況、跟蹤檢查心率以判斷是否發生房顫，或者監測血糖水平。此類設備默默持續收集重要數據，以便用于診斷和治療。最近，半導體技術不斷創新，且消費者對健康監測的需求日益增加，因此，人們對可穿戴醫療設備的需求隨之驟增。

電池供電/可穿戴醫療技術的挑戰

在設計可穿戴醫療設備時，需要考量多種重要因素，其中至為重要的一項是操作高效可靠且尺寸小巧。例如，CGM可跟蹤用戶的血糖水平，并指示血糖水平是否過高或過低。1型或2型糖尿病患者必須根據所示血糖變化做出相應反應，如果不及時治療，則會導致脫水和糖尿病性昏迷而危及生命。在CGM技術出現之前，用戶每天都需要多次刺破手指，采血測量血糖水平。然而所幸的是，可穿戴CGM減少了刺破手指進行血液分析的需求。CGM貼片采用電池供電，因此，電池續航時間越長，用戶需要更換貼片的次數則越少。顯然，這一特性令用戶高度期待。

目前，系統設計人員具備多種工具，用以延長電池供電設備的電池壽命。除電池類型及尺寸因素外，許多低功耗器件也可降低系統功耗，包括低功耗微控制器、低功耗信號調理器、降壓/升壓轉換器、負載開關和LDO。首先，低靜態電流能夠降低系統待機功耗，從而顯著延長電池壽命。其次，借助納安級功耗降壓轉換器、升壓轉換器和信號調理器等納安級功耗器件，新型解決方案架構可以進一步降低系統功耗。

在多項醫療應用中，例如連續血糖監測以及心電圖，系統需要定期自動監測并報告信息。這意味著設備需要保持開機，但在不進行測量或報告時，則需盡可能減少消耗。微控制器和微處理器能夠執行這項任務，但二者往往功耗太高，即使在低功耗或休眠模式下也是如此。此外，還有一種周期性喚醒系統的解決方案，即使用實時時鐘和負載開關。這種解決方案需要額外的集成電路，并且會降低可靠性。

開關控制器系統框圖

對此，存在一個新穎的解決方案，即使用開關控制器在必要時喚醒系統微控制器，并盡量減少待機模式下的功耗。設有可編程休眠時間的開關控制器，具備超低功耗、無軟件依賴性、尺寸小巧等優點。

MAX16164是一款具有可編程休眠時間的納安級功耗開關控制器，可通過電阻或I2C總線進行編程。該器件在休眠狀態下功耗為30nA，在關斷模式下則僅為10nA。

納安級功耗開關控制器如何幫助節省電能并延長電池壽命？

設想一個電池供電型醫療設備，結構如同上方的系統框圖，其功耗如下所示。

基于Cypress PSoC 6 CPU
平均活動功耗為4.7mA
占空比：0.1%

假設電池電壓始終一致，由微控制器負責開啟和關閉系統，且休眠模式實時時鐘功耗為7μA。

功耗：

CPU活動功耗 x CPU占空比 + CPU休眠功耗 x (1 - CPU占空比) = 4.7mA x 0.001 + 7μA x 0.999 = 4700nA + 7000nA = 11700nA。

如果使用MAX16164，該器件和系統的休眠功耗為30nA。

使用MAX16164時的功耗：

CPU活動功耗 x CPU占空比 + CS28休眠功耗 x (1 - CPU占空比) = 4.7mA x 0.001 + 30nA x 0.999 = 4700nA + 30nA = 4730nA。

因此，MAX16164與具有休眠模式的CPU相比，功耗比為4730/11700=40%。由此可得，使用MAX16164可將電池壽命延長60%。

此外，MAX16164采用微型WLP和小型μDFN封裝，以極小尺寸實現可靠、節能的優勢。

總結

人們日益關注自身的生活方式，并且正探尋方法以更好地監測并管理健康。如今，小巧、可靠且能長時間運行的醫療設備深受關注，其對于健康監測至關重要。針對需持續監測健康狀態跡象的可穿戴醫療設備，使用納安級功耗MAX16164開關控制器將能夠延長電池壽命。

審核編輯：郭婷