医疗可穿戴设备的设计需求和解决方案

满足医疗可穿戴设备应用

需求的解决方案

随着人们越来越重视身体健康，以及众多国家面临人口老化的问题，使得医疗可穿戴设备的需求快速增加，这些可穿戴设备通常采用电池操作，因此要求低功耗、小体积，这对相关产品的设计带来挑战。本文将为您介绍医疗可穿戴设备的设计需求，以及由安森美（onsemi）推出的相关解决方案。

医疗可穿戴设备追求空间微型化

医疗可穿戴设备的设计需求可能会因应不同的应用场景和目标用户而有所差异，但一般来说，通常会追求空间优化和器件的微型化，为了提高佩戴者的舒适度和便利性，医疗可穿戴设备应该尽量减少尺寸和重量，并且利用微型化的器件和系统来集成各种功能和通信电路。

为了满足更多元的功能需求，医疗可穿戴设备应该采用软性电路技术，让设备能够贴合佩戴者的身体轮廓，并且提高设计的灵活性和可靠性。另一方面，医疗可穿戴设备的主要目的是快速、及时地将准确的生理数据传送给医疗照护机构，所以在设计上要同时确保充分的功率以及高信号完整性。这需要采用高效能的电源设计、板对板连接器、FPC连接器等组件，以及适当的信号处理和传输算法。

医疗可穿戴设备作为一种涉及人体健康和安全的产品，必须遵守相关的法规和规范，例如美国FDA、欧盟CE等，这需要在设计时间就进行风险评估和测试验证，以确保产品的质量和效能，以符合医疗规范和安全标准。

低功耗的完整可穿戴设备解决方案

安森美在设计RSL10时采纳了植入式医疗客户的意见，这些客户需要设备在不充电的情况下用小电池运行很多年。针对可穿戴设备的无线连接应用，安森美推出的RSL10蓝牙低能耗（Bluetooth LE）器件，便具备超低功耗的特性，在睡眠模式下，RSL系列的所有产品都能以非常低的占空比运行，功耗在nA范围内。

像是助听器这类涉及音频的应用，便需要一个音频编解码器，RSL10集成LPDSP32，可以运行G.722或CELT等音频编解码器，LPDSP32处理器是一个专用硬件块，用于对音频数据进行最高效、最低功耗的压缩／解压。安森美的EZAIRO 7160无线预配置DSP含RSL10，是助听器等小外形、低功耗音频应用的理想选择。

可穿戴设备对体积的要求通常较高，因此选择WLCSP（晶圆级芯片封装）的硅片，其带有焊球用于连接，是用于需要最小外形尺寸的应用，如消费电子或医疗一次性用品、可穿戴设备或ID标签。RSL10 WLCSP具有2.32 mm x 2.36 mm的微小尺寸，厚度仅为0.35 mm，RSL10 QFN尺寸为6 mm x 6 mm，RSL15 QFN尺寸是5 mm x 5 mm，仍然非常小。

任何射频系统的开发都有一个额外的复杂性，那就是必须选择周围的组件和天线来匹配硬件环境。为了满足FCC、CE或其他监管机构的标准的要求，可以选择一个预先认证的模块，它集成所有需要的无源组件（如晶体、电源去耦和天线匹配电路）和一个集成天线。在这种情况下，RSL10 SIP是一个理想的解决方案。所有无源组件和天线都集成在这个6mm x 8mm x 1.46mm的认证模块中。

安森美作为医疗元器件供应商有着悠久的历史，并将这一经验用于设计MD-RSL10，使其能够用于植体或关乎生命的应用，如心脏监测和管理以及神经刺激。

为了协助客户加快产品的开发速度，安森美有许多经验证的参考设计，可以作为客户项目开发起点以加快开发。参考设计通常包括应用硬件、固件、物料单（BOM）、原理图和PCB制造文件。安森美提供各种低功耗参考设计，包括RSL10传感器开发套件、RSL10资产标签、能量采集蓝牙低能耗开关、RSL10智能拍摄相机平台、安全传输等。

开发人员在保护敏感数据（如个人健康信息和支付交易信息）时，必须纳入一个或多个安全机制。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加密单元，用于硬件加速的加密算法。

远程监控设备则是一种常见的物联网（IoT）应用，该设备大部分时间处于睡眠模式，偶尔会被唤醒，发送几个数据包，然后又回到睡眠模式。RSL15非常适合这种应用，因为它提供了多种低功耗模式，几乎适合任何应用需求。

支持多协议的低功耗无线电系统单芯片

RSL10是一款Bluetooth 5.2、多协议无线电系统单芯片（SoC），为无线应用实现超低功耗蓝牙。RSL10达到行业最低的功耗，在深度睡眠模式（Deep Sleep Mode）下62.5nW，接收模式下7mW，在支持各种先进的无线功能的同时优化了系统尺寸和电池寿命。高度集成的无线电SOC的具有双核结构和2.4GHz收发器，灵活支持蓝牙低能耗和2.4 GHz自定义协议，且支持固件在线升级（FOTA）。

RSL10具有灵活的电压范围（1.1V和3.3V），支持使用1.2V和1.5V电池的设备，无需外部DC/DC转换器，RSL10采用5.50 mm2 WLCSP和6 x 6 mm QFN封装。如需更小型号，该无线电SoC还提供全套系统级封装（SiP）方案。

RSL10具有精密双核结构，采用可编程的Arm Cortex-M3处理器，时钟速度高达48 MHz，灵活支持2.4 GHz专有和自定义协议栈。嵌入式数字信号处理器（DSP）可支撑信号处理密集型应用，如无线音频编解码。

RSL10的片上和软件无线支持包括2.4 GHz射频前端（RFFE）和支持2 Mbps数据速率的蓝牙5.2认证基带控制器。RSL10开发工具套件中提供了各种蓝牙低能耗协议。这款高度集成的SoC采用强大的双核架构辅以高效的电源管理单元、振荡器、闪存和RAM存储器、DMA控制器以及外设和接口，并内置384kB闪存，提供IP保护功能，以保护闪存内容，并具有可配置的模拟和数字传感器接口（GPIO、LSAD、I2C、SPI、PCM）。

RSL10相当适用于医疗可穿戴设备，常见的终端产品包括健身追踪器／活动监测仪、智能手表、助听器／听力设备、心率监测仪、血糖检测仪（BGM）、连续血糖监测仪（CGM）、脉冲血氧仪等。

RSL10的软件开发套件（SDK）是基于Eclipse的免费安森美集成开发环境（IDE），并支持Keil μVision和IAR Embedded Work Bench，提供完整的蓝牙低能耗协议栈，支持安卓和iOS应用（固件在线升级）与免费RTOS。

满足医疗智能互联设备需求的

无线微控制器与音频处理器

安森美的另一款蓝牙低能耗芯片RSL15是一款基于Arm Cortex−M33处理器的超低功耗的安全蓝牙低能耗5.2无线MCU，专为工业和医疗应用中的智能互联设备而设计。RSL15具有内置电源管理、宽广的电源电压范围、灵活的GPIO和时钟方案以及广泛的外设集，为高性能和超低功耗应用提供了最大程度的设计灵活性。RSL15包含80kB RAM，并有284kB或512kB两种闪存选择。RSL15主要应用于工业自动化和传感、医疗互联传感器、可穿戴设备、资产追踪、电子标签和门禁控制、电子标牌、数据记录器、智能电器、能量收集开关等。

RSL15是业界领先的通用微控制器（MCU），也是业界最低功耗的基于闪存的安全蓝牙低能耗MCU，具有信任根的最新嵌入式安全技术，支持蓝牙低能耗5.2，具有远距离和定位功能，并提供全面且易于使用的软件开发工具套件（SDK），包含驱动程序、库、示例代码、开发工具和移动应用程序，提供可支持iOS和安卓的RSL15 Central、支持iOS和安卓的RSL FOTA。

安森美并提供一款用于助听器的无线功能DSP的音频处理器 ― EZAIRO 7160 SL，Ezairo 7160 SL可实现助听器中的无线联接，是一款可开放编程的、基于DSP的混合模块，支持蓝牙低能耗和其他2.4 GHz无线协议。

Ezairo 7160 SL中的器件Ezairo 7100数字信号处理器（DSP）包括一个高精度、四核体系结构，提供375 MIPS而不会牺牲功耗性能的RSL10无线电芯片，具有行业内最低功耗的Bluetooth 5认证无线传感器。Ezairo 7160 SL另外还有EA2M这个2 Mb EEPROM内存，用于存储重要的助听器参数和固件，并提供Ezairo预先配置套件、可开放编程评估和开发套件（EDK）等开发工具。Ezairo 7160 SL可应用于无线连接、音频处理、立体声音频流、蓝牙低能耗控制，最常见的终端产品便是助听器。

结语

医疗可穿戴设备的设计追求低功耗、体积小，并要符合安全规范，因此必须采用高度集成的低功耗器件，才能够满足医疗可穿戴设备的严苛要求。安森美针对医疗可穿戴设备推出多款医疗元器件解决方案，无论是无线电系统单芯片还是微控制器、无线蓝牙芯片、音频处理器，均具备高度集成、低功耗、体积小的特性，并提供完整的软硬件开发工具，将会是相关产品开发商理想的合作伙伴。

审核编辑：汤梓红