便攜式醫(yī)療電子技術的發(fā)展使醫(yī)療保健成本得以降低。電池供電的非植入性(Non-invasive)傳感器具有移動性,加上板上存儲器,就能夠捕獲針對某種病癥的完整數(shù)據模式。由于IC技術的不斷進步,這些器件的尺寸越來越小、持續(xù)工作時間越來越長,因此更容易在該領域中獲得采用。
病人離開醫(yī)院之后,生活往往恢復正常。平日里他們應該遵照醫(yī)生囑咐呵護好自己的身體,比如放松心情,提高心率,加強營養(yǎng)等等??墒菬o論什么情況,人們總有遇上極限的時候。一個簡單的病患監(jiān)控設備可以是一個讓病患和醫(yī)療服務提供者雙贏的解決方案,其不但能減少病患到醫(yī)院看病的次數(shù),還能大大提高每次就醫(yī)看病的價值。
僅僅在數(shù)年前,傳感器的尺寸還太大,不適用于晝夜連續(xù)監(jiān)控;但隨著電子技術的進步,其尺寸縮小,單組電池工作時間不斷延長。血糖監(jiān)測儀和注射器屬于最初的成功應用案例,最新的進展是閉環(huán)測試以及胰島素管理設備。這些設備現(xiàn)已成為I類糖尿病病患每天全日使用的設備,但這種概念應該不限于糖尿病患。
過去5年中,小型電池技術基本變化不大。而電源設計的技巧和IC 技術的進步,卻直接使得這些傳感器工作壽命延長。這些借助手機標準得到實現(xiàn)的進步包括:USB充電、高效DC/DC調節(jié)器、I/O 標準 (I2C、SPI、SDIO等)的采用,以及顯示技術的改進等等。
在醫(yī)療保健行業(yè),最重要的問題之一是產品何時能夠面向病患供貨。項目設計周期一般都非常漫長,常常跨越數(shù)年之久。雖然并非所有的時間都用在電氣設計階段,但很多時候電氣設計團隊往往是公司內部團隊中規(guī)模較小的,而化學、法律和測試團隊都要大得多。電子產品的一大關鍵趨勢是縮短上市時間,同時降低風險。所有便攜式產品都需要某種形式的電源,一般是以原電池或可充電電池供電。電池的功率必須經過調節(jié)以滿足下游復雜傳感器所需,這種設計可以延長電池的壽命,并使功能集獨立使用。
過去,這種功率調節(jié)模塊消耗資源和實際工作功率,占用板上面積。而如今,對于DC/DC應用,一個簡單的開關PWM周圍放置多個MOSFET的時代已經一去不復返,不再需要眾多無源器件來增加最低程度的保護了。我們現(xiàn)在談論的是過去5年來不斷得到采用的集成式DC/DC 降壓 IC。目前,電子行業(yè)正在快速發(fā)展,包括積極開發(fā)單芯片電源模塊。這些器件與功率更高的電信行業(yè)中的DC/DC模塊不同,是可經由大量銷售渠道供貨、帶專門部件編號的真正模塑封裝IC。
DC/DC模塊集成化,提高效率并降低風險
飛兆半導體的FAN4603 uModule就是這樣的一款IC。其原理見圖1所示。
圖1 飛兆半導體的FAN4603 uModule
集成有FET的基本控制器與輸入/輸出電容以及DC/DC降壓拓撲所需的開關電感共同封裝在單個模塊中。其前期優(yōu)勢十分明顯,比如:尺寸減小,庫存部件只有一個,設計周期相應縮短。此外,還有一些技術上的優(yōu)點。
由于單一模塊中所有有源部件是如此的接近,大電流和高頻路徑得以縮短,從而可降低EMI,而對于需要復雜傳感器和人體接口的醫(yī)療設備行業(yè)來說,低EMI是一個至關重要的規(guī)范。將這款模塊的降壓拓撲開關頻率提高至6MHz,就能夠集成層疊式電感。由于開關頻率的提高,電感尺寸得以減小。因為這些電感和電容等無源組件是由實際PWM和FET設計人員所選擇,各項指標均經過細調,在建議的負載范圍內具有理想的互操作性。
這種調節(jié)的缺點是模塊的輸出電壓固定,然而可變輸出電壓又會導致無源元件的匹配不平衡。因而,可以提供具有一定輸出電壓的不同模塊來解決問題。首先推出的模塊的輸出電壓為1.8V,Vin為2.3~5.5V。這一電壓范圍是單一可充電電池、AA和AAA雙電池盒,以及單一3V鋰離子電池的理想選擇。