原標題：安森美半導體的醫療可穿戴應用方案

　　安森美半導體醫療可穿戴應用方案

　　醫療可穿戴設備正在革新醫療保健領域，為患者和醫護人員提供前所未有的便利和洞察力。這些設備能夠持續監測生理參數，如心率、體溫、血氧飽和度、血壓、活動水平等，并通過無線連接將數據傳輸至智能手機、云平臺或醫療專業人員。安森美半導體（onsemi）作為電源和傳感解決方案的領導者，提供了一系列高性能、低功耗、小尺寸的半導體器件，這些器件正是構建先進醫療可穿戴設備的關鍵組成部分。onsemi的解決方案旨在解決醫療可穿戴設備在功耗、尺寸、精度、連接性和可靠性方面的核心挑戰，從而實現更長的電池續航、更舒適的佩戴體驗、更精準的數據采集以及更穩定的數據傳輸。

　　一、核心應用場景及挑戰

　　醫療可穿戴設備的應用場景極為廣泛，包括但不限于：

　　連續生命體征監測： 實時監測心電圖（ECG）、心率、血氧飽和度（SpO2）、體溫、呼吸頻率等，適用于居家監測、遠程患者監護以及運動健康管理。

　　慢性病管理： 例如糖尿病患者的血糖監測、高血壓患者的血壓趨勢跟蹤、哮喘患者的呼吸模式分析。

　　康復與輔助： 監測運動軌跡、姿態，輔助物理治療，或作為跌倒檢測系統的一部分。

　　睡眠監測： 分析睡眠周期、呼吸暫停事件、心率變異性等，以評估睡眠質量。

　　藥物依從性管理： 通過智能藥盒或貼片提醒患者按時服藥。

　　這些應用場景對醫療可穿戴設備提出了嚴苛的要求：

　　超低功耗： 電池壽命是可穿戴設備的關鍵指標。器件必須在待機和工作模式下都具備極低的功耗，以延長設備的續航時間，減少用戶充電頻率。

　　小型化與集成： 設備需盡可能輕薄小巧，以提高佩戴舒適度。這要求內部元器件高度集成，并采用微型封裝技術。

　　高精度與可靠性： 醫療數據的準確性至關重要，因此傳感器、模擬前端（AFE）和模數轉換器（ADC）必須具備高分辨率和低噪聲特性。同時，設備需在各種環境下穩定可靠地工作。

　　安全與連接： 數據傳輸必須安全可靠，避免信息泄露。藍牙低功耗（BLE）是主流的無線連接技術，要求射頻收發器具有高效率和魯棒性。

　　電源管理： 有效的電源管理方案對于在有限電池容量下實現最佳性能至關重要，包括高效的充電管理、DC-DC轉換以及負載開關等。

　　安全性與隱私： 醫療數據屬于敏感信息，設備必須內置安全機制，確保數據加密和用戶隱私。

　　onsemi針對這些挑戰，提供了全面的解決方案，涵蓋了從傳感器接口到電源管理，再到無線連接的整個信號鏈。

　　二、關鍵元器件及其在醫療可穿戴設備中的應用

　　onsemi的醫療可穿戴方案主要圍繞以下幾類核心元器件展開：

　　1. 超低功耗微控制器 (MCU)

　　優選元器件型號系列： RSL10 系列 (如 RSL10 SIP、RSL10 SoC)

　　器件作用： MCU 是醫療可穿戴設備的“大腦”，負責管理系統運行、數據采集、傳感器接口、算法處理、電源管理以及與無線通信模塊的協調。RSL10系列MCU尤其適用于對超低功耗和集成度要求極高的應用。

　　為什么選擇這顆元器件：

　　業界領先的超低功耗： RSL10在待機模式和活動模式下都展現出極低的功耗，例如在接收模式下功耗僅為7mA，在休眠模式下更是低至幾十納安，這對于延長可穿戴設備的電池續航至關重要。

　　高度集成： RSL10集成了高性能ARM Cortex-M3處理器、2.4GHz藍牙低功耗（BLE）5.2射頻收發器、多種外設（如SPI、I2C、UART）、模數轉換器（ADC）以及豐富的存儲器（閃存和SRAM），極大地簡化了系統設計，減少了外部元器件數量和PCB面積。

　　小尺寸封裝： 提供多種封裝選項，包括小型的SiP（System-in-Package）封裝，非常適合空間受限的醫療可穿戴設備。

　　強大的處理能力： Cortex-M3內核結合DSP指令集，能夠高效處理復雜的傳感器數據和算法，如心電信號處理、活動識別等。

　　開發生態系統完善： 提供豐富的開發工具、軟件開發套件（SDK）和參考設計，加速產品上市。

　　元器件的功能：

　　運行固件和操作系統。

　　控制和管理各類傳感器（ECG、PPG、溫度、運動傳感器等）的數據采集。

　　執行信號處理算法，如數字濾波、特征提取。

　　管理藍牙低功耗通信協議棧，與智能手機或其他網關進行數據傳輸。

　　實現低功耗模式切換和電源管理。

　　控制用戶界面（如LED指示燈、振動馬達）。

　　2. 電源管理單元 (PMIC) / DC-DC轉換器 / 充電管理IC

　　優選元器件型號系列：

　　PMIC： NCP170 系列低壓差線性穩壓器 (LDO)、NCP16x 系列（如 NCP161/163） 用于低功耗、小尺寸應用。

　　充電管理： LC709203F 系列（鋰電池電量計）、NCP81239 / NCP81240 系列（高效同步降壓轉換器，可用于電源軌生成） 以及專門的鋰電池充電管理IC，如那些支持線性充電或開關模式充電的IC。

　　器件作用： 電源管理是可穿戴設備的關鍵環節，直接影響設備的續航能力和穩定性。PMIC、DC-DC轉換器和充電管理IC協同工作，為設備提供穩定、高效的電源，并管理電池的充放電過程。

　　為什么選擇這些元器件：

　　高效率： onsemi的DC-DC轉換器和LDO具有極高的轉換效率，尤其是在輕載條件下，這對于延長電池壽命至關重要。

　　低靜態電流 (Iq)： LDO和PMIC的靜態電流非常低，即使在設備待機或輕載運行時也能最大限度地減少電量消耗。

　　小尺寸封裝： 提供超小型封裝，如DFN、WLCSP，以適應可穿戴設備對空間的高度限制。

　　集成度高： 某些PMIC集成了多個穩壓器、充電器和電源路徑管理功能，簡化了設計。

　　可靠性： onsemi的電源管理產品以其穩定性和可靠性著稱，符合醫療設備對高可靠性的要求。

　　元器件的功能：

　　電壓轉換與穩壓： 將電池電壓轉換為系統所需的各種工作電壓（如MCU、傳感器、RF模塊的供電電壓），并保持電壓穩定。

　　電池充電管理： 對鋰離子電池進行高效、安全的充電，包括預充電、恒流充電、恒壓充電和充電終止功能。

　　電量計： 精確估算電池剩余電量，提供給MCU進行電量顯示和低電量警告。

　　電源路徑管理： 優化電源分配，在不同工作模式下高效管理電源流向。

　　欠壓保護、過流保護： 保護電池和系統免受損害。

　　3. 模擬前端 (AFE) / 模數轉換器 (ADC)

　　優選元器件型號系列： 雖然onsemi不直接提供ECG或PPG專用的AFE芯片，但其低噪聲運放 (Operational Amplifier) 系列 (如 NSV2580、NCS2006) 和 高精度ADC系列 是構建這類AFE的關鍵組成部分。在某些集成方案中，MCU如RSL10內置的ADC也可以滿足部分低要求傳感器的采集，但對于高精度醫療信號，通常需要獨立的高性能AFE。

　　器件作用： AFE是傳感器與數字處理單元之間的橋梁。它接收來自傳感器的微弱模擬信號（如ECG電極采集的心電信號、PPG光電二極管接收的光信號），對其進行放大、濾波和數字化轉換，以便MCU能夠處理。

　　為什么選擇這些元器件：

　　低噪聲： 醫療信號往往非常微弱且容易受到噪聲干擾，onsemi的低噪聲運放能夠最小化信號處理過程中的噪聲，確保信號的完整性。

　　高精度： 高精度ADC（例如12位、16位甚至更高分辨率的ADC）能夠精確捕獲模擬信號的細微變化，為后續的診斷提供可靠數據。

　　低功耗： AFE在持續監測應用中需要長時間工作，其低功耗特性有助于延長電池壽命。

　　高共模抑制比 (CMRR)： 對于生物電信號（如ECG），高CMRR的運放能夠有效抑制共模干擾，提高信號質量。

　　元器件的功能：

　　信號放大： 將傳感器輸出的微弱信號放大到ADC可接受的范圍。

　　噪聲濾波： 移除信號中的高頻噪聲和工頻干擾。

　　阻抗匹配： 確保傳感器與AFE之間的信號傳輸效率。

　　模數轉換 (ADC)： 將連續的模擬信號轉換為離散的數字信號，供MCU處理。

　　偏置與激勵： 為某些傳感器（如PPG中的LED）提供穩定的驅動電流或電壓。

　　4. 傳感器

　　雖然onsemi主要提供接口和處理芯片，但也會與傳感器廠商合作，并確保其芯片能夠良好地與各種傳感器配合。醫療可穿戴設備常用的傳感器包括：

　　心電傳感器 (ECG electrodes)： 采集心臟電活動。

　　光電容積描記 (PPG) 傳感器： 通過測量血容量變化來檢測心率、血氧飽和度。通常包括LED（紅光/紅外光）和光電探測器。

　　溫度傳感器： 測量體溫，可以是熱敏電阻或數字溫度傳感器。

　　慣性測量單元 (IMU)： 包括加速計和陀螺儀，用于檢測運動、姿態、跌倒。

　　生物電阻抗傳感器： 用于測量身體成分或呼吸。

　　血壓傳感器： 光學式或壓阻式。

　　血糖傳感器： 通常是電化學傳感器。

　　onsemi的芯片為這些傳感器提供了電源、接口和數據處理支持。

　　5. 存儲器

　　優選元器件型號系列： onsemi提供多種非易失性存儲器（如EEPROM、串行NOR閃存）。

　　器件作用： 存儲器用于存儲固件程序、配置參數、校準數據以及部分采集到的原始或處理后的醫療數據（在數據上傳前或離線模式下）。

　　為什么選擇這些元器件：

　　低功耗： 特別是串行EEPROM和閃存，在讀寫操作時具有較低的功耗。

　　高可靠性： 數據存儲對于醫療設備至關重要，要求存儲器具有高數據保留能力和高擦寫次數。

　　小尺寸： 提供小型的SOP、USON等封裝。

　　易于接口： 通常采用SPI、I2C等標準接口，便于與MCU通信。

　　元器件的功能：

　　代碼存儲： 存放MCU的固件程序。

　　參數配置： 存儲設備的運行參數、用戶設置。

　　數據日志： 臨時存儲傳感器采集的數據，以備后續上傳或分析。

　　校準數據： 存儲傳感器或系統校準所需的數據，確保測量精度。

　　6. ESD保護器件和通用二極管/晶體管

　　優選元器件型號系列：

　　ESD保護： ESD7004、ESD7008、NUP40xx 系列（瞬態電壓抑制器 TVS 二極管陣列）

　　通用二極管/晶體管： BATxx 系列肖特基二極管、BC8x 系列BJT晶體管、NCPxxx 系列MOSFET

　　器件作用： ESD保護器件用于保護敏感的集成電路免受靜電放電（ESD）或瞬態電壓事件的損害，提高設備的可靠性和耐用性。通用二極管和晶體管則用于各種輔助功能，如電源開關、信號隔離、電平轉換等。

　　為什么選擇這些元器件：

　　卓越的ESD保護能力： onsemi的ESD保護器件提供業界領先的低鉗位電壓和快速響應時間，能有效吸收高能量的ESD脈沖。

　　小尺寸封裝： 提供極小的DFN、SOD等封裝，節省PCB空間。

　　低漏電流： 在不影響主電路功耗的前提下提供保護。

　　廣泛的產品線： 提供各種類型的二極管和晶體管，滿足不同電路設計的需求。

　　元器件的功能：

　　ESD保護： 在I/O端口、電源線等關鍵接口處提供靜電放電保護。

　　反向偏置保護： 防止電源反接對電路造成損害。

　　電平轉換： 在不同電壓域的信號之間進行電平匹配。

　　開關功能： 控制電源或信號的通斷。

　　三、onsemi 醫療可穿戴方案的整體優勢

　　onsemi在醫療可穿戴領域的解決方案之所以受到青睞，主要歸結于以下幾個方面的優勢：

　　低功耗領導者： onsemi長期致力于低功耗技術研發，其MCU、PMIC、RF芯片等核心器件在功耗方面具有顯著優勢，直接延長了醫療可穿戴設備的電池壽命。

　　高集成度與小型化： onsemi通過先進的封裝技術（如SiP、WLCSP）和高集成度的芯片設計，幫助客戶實現設備的小型化和輕量化，提高用戶佩戴舒適度。

　　高性能與高精度： 提供高信噪比的模擬器件和高精度的ADC，確保醫療數據的準確性和可靠性，這是醫療應用的核心要求。

　　全面的產品組合： 從電源管理、微控制器、無線連接到分立器件和傳感器接口，onsemi提供了一站式的解決方案，簡化了客戶的設計和采購流程。

　　嚴格的質量與可靠性： onsemi的產品遵循嚴格的質量控制標準，許多器件符合汽車級或醫療級認證要求，確保了產品在嚴苛應用環境下的穩定性和長壽命。

　　豐富的生態系統與支持： 提供完善的開發工具、軟件支持、參考設計和技術支持，幫助客戶快速開發和驗證產品。

　　安全性考量： 在設計時考慮了醫療數據安全和隱私保護的需求，雖然具體加密功能更多由MCU的軟件層實現，但硬件層面提供了支持這些安全機制的平臺。

　　總結

　　安森美半導體為醫療可穿戴設備提供了從前端信號采集到后端數據傳輸的完整半導體解決方案。通過其超低功耗的RSL10系列MCU、高效的電源管理IC以及可靠的保護器件，onsemi使醫療設備制造商能夠開發出更智能、更小巧、更精準、續航更長的可穿戴健康監測產品。這些先進的器件不僅提升了用戶體驗，更重要的是，它們推動了醫療保健向預防性、個性化和遠程監測方向發展，使得更多人能夠便捷地管理自身健康，實現“指尖上的醫療”。隨著技術的發展，onsemi將繼續創新，為未來的醫療可穿戴設備帶來更多突破性的解決方案。