如今的医疗便携设备便利患者自行治疗、自在走动，乃至可在外出时运用设备。便携式电子医疗设备要完成方便携带的特征功用，就有必要具有微型化和低功耗的特性。
此外，这些设备还要有极高的精度以确保患者的安全。医疗设备选用多种不同的传感器来监督患者的健康状况，然后传感器将生理信号转化成电子信号供电子设备剖析运用。因为医疗设备中传输的信号都比较弱小，并且还会遭到许多噪声源的搅扰，因而信号途径规划对便携式医疗设备就显得分外重要了。
本文将针对心电图机和血糖丈量仪这两种设备运用，评论如何将传感器与匹配的PowerWise扩大器相连接，以便延伸电池寿数和进步治疗安全性。
1 心电图机的操作原理
心电图机(ECG)可实时记载患者的心跳活动。心跳信号是经过三个连接到患者身体的电极丈量出来。图1所示为其间一个电极输出的ECG信号，图中包括有五个丈量点，别离是Q、P、R、S、和T，这些丈量点可用来确诊患者患上心脏病的可能性。
从电极搜集回来的信号处于 在400μV到最高5mV的规模内，并在0.05Hz 和100Hz 下带有3dB转角频率。这类信号一般都会遭到不少的搅扰，例如电极的触摸噪声、电源线路噪声(50MHz)、呼吸、肌肉活动、以及来自其他电子器材的搅扰。
2 ECG的信号调整
正如上述所说，ECG的信号途径有必要能调度不同来历的噪声。对立直流电噪声，能够运用高通滤波器。但是，最令人头痛的是50Hz的噪声，因为它刚好与咱们搜集的信号频率处于相同规模。要消除这个共模噪声，需求树立一个丈量外表扩大器。这个装备之所以很抱负是因为它可在按捺共模电压的一起扩大有用的差分信号，这利于把弱小的有用信号从背景噪声平分隔出来。正如图2所示，这个外表扩大器是用LMP2234(四通道、微功率、高精度的RRO运算扩大器)和高精度的电阻器(0.1%)完成出来。
A1, A2, A3, A4: LMP2234
R1, R2: 2 MΩ
R3, R5: 40 kΩ
R4: 20 kΩ
R6, R7: 10 kΩ
R8, R9: 10 kΩ
R10, R11: 20 Kω
LMP2234是用VIP50工艺技能制成，即绝缘硅BiCMOS工艺。用这种工艺制造出来的超低功耗扩大器十分合适电池供电的低功耗运用。该工艺具有1.8到5.5V的操作电压规模和36μA的静态电流，利于延伸便携体系中电池的寿数。LMP2234是LMP高精度扩大器宗族的成员，其高阻抗CMOS输入使它成为丈量外表和其他传感器接口运用的抱负挑选。
因为来自电极的信号起伏极低，扩大器的直流参数便显得很重要。LMP2234的最高偏移电压为150V(典型值为10 V)，而偏移电压漂移温度系数和偏置电流别离仅为0.3 μV/℃和±20 fA。这些高精度的严厉标准使LMP2334在保持体系常精度和长时间安稳性方面有适当超卓的体现。
这个丈量外表扩大器包括有两个级。终究一个级(亦即输出级)是一个差分扩大器，它能够回绝直流电平以及一起影响两个输入的搅扰和噪声电压源。由两个扩大器组成的榜首级(亦便是输入级)则被装备成一个可将输入阻隔的缓冲器。但是，根据扩大器间的失配使它们互相不能相互连接，所以要在两个扩大器之间加装平衡电阻。将两个级的增益相乘便可得出丈量外表扩大器的增益。理论上，共模按捺比(CMPR)应该是无限大，但因为呈现电阻失配，导致输出级的非零共模增益十分小。在电路的输入级中，流经一切电阻的电流是相同的。这都有赖于LMP2234具有高输入阻抗和低输入偏置电流的特色。
输出电压被界说成：
输入信号的最大起伏仅为5mV，但为了树立增益，咱们有必要考虑到电极的直流偏移电压，它有时乃至可高至±300mV。LMP2234的轨到轨输出可从电源电压轨摇晃至15mV，然后添加了体系的动态规模。此外，由R10和R11组成的偏置分压器可供给一个电压，该电压刚好等于正确诊段患者体征所需电源电压的一半。
正如图3所示，会选用一个高通滤波器来按捺能够引致下一个增益级饱满的直流器材。这个高通滤波器的截止频率为0.5Hz。该滤波器选用二阶Sallen Key型的 Butterworth 拓扑技能来完成。至于第二级是一个低通滤波器，其具有100Hz的截止频率和100的增益，并且相同以Sallen Key 拓扑来完成。诸Sallen Key 类的模仿滤波器是围绕着有电阻器和电容器的运算扩大器而树立。傍边没有选用电感器是因为它体积过大、粗笨和不行完美。
C1: 1 μF R3: 5.36 kΩ
C2: 220 nF R4: 14.3 kΩ
R1: 1.24 MΩ C3: 33 nF
R2: 365 kΩ C4: 1 μF
R5: 10 kΩ
R6: 1 MΩ
两个滤波器都是选用低功耗的运算扩大器LMV552来完成，而这款扩大器是选用美国国家半导体VIP50工艺制成。具有3MHz的带宽，一起每个扩大器仅需耗费34μA的电流，带宽/功耗比是同级运算扩大器中最高的。LMV552具有一个轨到轨输出级和一个扩展到接地以下的输入共模规模，操作电源电压规模是2.7V到5.5V。
用电池操作的体系需求一个直流/直流升压来供给信号途径所需的3.3V电压。LM2623是一款高功率的通用式升压直流-直流开关稳压器，专门运用于选用电池供电的低输入电压体系。这款稳压器可接受8V到14V的输入电压并把它们转化成1.24V到14V的安稳输出电压。合作LM2623，体系的功率可高达90%。
假设体系要求有患者安全性阻隔，可经过选用伽伐尼阻隔(galvanic isolation)、光电耦合电容和磁耦合来完成。本文尽管侧重评论ECG的前端，但在开发医疗电子体系时，安全标准问题不容忽视。
3 蓝牙传输
心跳的记载能够用无线传送到电脑、移动电话或PDA中。蓝牙技能安稳牢靠、简略易用，本钱经济，并且掩盖规模广，因而在患者监督方面成为遍及选用的无线技能。
美国国家半导体的LMX9838蓝牙串行端口模块是一款高度集成的器材，傍边包括有蓝牙2.0基带操控器、2.4GHz的无线电机、晶体、天线、LDO和分立元件。该蓝牙节点功用完好，并且体积细巧(10 mm x 17 mm x 2.0 mm)。
在这个完好的计划中包括硬件和软件，适用于具有完好的凹凸蓝牙堆叠层的天线、通用存取标准(GAP)、服务发现运用标准(SDAP)和串行端口标准(SPP)等的运用。该模块包括有一个可装备的服务数据库以便投合主控上的附加服务标准要求。此外，LMX9838经过了蓝牙终端产品认证，无需再经过任何测验或付出技能牌照费就能够直接运用到终究运用上。
根据美国国家半导体的CompactRISC 16位处理器架构和数字智能无线电技能，LMX9838作为一个优化解决计划能够彻底满意蓝牙节点所需的数据处理和链路管理要求。
4 另一比如：血糖丈量仪
血糖丈量仪是针对患糖尿症患者的重要设备。血糖操控无疑可有助于下降病患的危险，改进患者的生活品质。血糖丈量一般有两个办法：反射光度丈量和电化学。在光学办法中，血糖与试纸上的另一化合物发生反响后会发生某种色彩记号，其色彩的深浅程度会与血糖的浓度成正比。反射光度丈量的原理是经过丈量LED的反射光线来量化色彩的深度：血糖浓度越高，反射出来的光线便越弱。LED会捕捉光线并把它转化成电子信号。
但是，大多数的血糖丈量仪都选用以氧化作用为根底的电化学办法。在这一办法中，血糖传感器是一张包括有酶和三个电极的试纸。其间的两个电极用来作丈量，另一个则用来作参阅。当血液样品放在试纸上时，电子会被传送到电极。电化学会量化电子的数量：所发生的电子数量会与血糖的浓度成正比。当一个参阅电压(典型为200mV)施加到试纸上时，电子会被转化成一个与血糖浓度成份额的电流，这种办法被称作电流剖析法。不过，发生出来的电流适当弱小，一般介乎μA 到 nA级，并需求再转化成一个可供处理的电压。
图5所示为一个完好计划的框图，该体系是由电池供电并可运用LM2623来供给3.3V的电源电压。经过电极丈量出来的电流之后会经由一个运算扩大器被转化成一个电压，这个电压再被送到微操控器处理，终究显现在LCD银幕上。
R1= 47 kΩ and R2= 3 kΩ, RF= 25 kΩ
接下来再深入探讨一下这个由一个跨阻扩大器来完成的电流到电压的转化。这种拓扑的增益会以输出电压和输入电流的份额来丈量，意即反应电阻器 Rf 有必要够大至可检测到细微的电流。但是，扩大器输入的电容(Cin)加上反应电阻器(Rf)便发生出一个相位落后，而这个落后会导致增益峰值呈现并影响电路的安稳性。电容器Cf是用来发生一个极和添加相角的安稳裕度。此外，此电容器亦可用来约束带宽，然后完成对噪声的按捺。正如前文提及的，传感器输出的电流是十分弱小的，这意味扩大器有必要有极高精度的标准。首要，运用中扩大器的电流噪声有必要很低，因而带有10 fA/sqrt(Hz)的LMP2232是最佳的挑选。
另一个需求留意的参数是扩大器的偏置电流，尤其是当反应电阻很大时，此参数显得尤为重要。此外，偏移电压的影响亦相同重要，来自这两个参数的差错可计算成Verror = Vos + Ib x Rf。LM2232在工作温度规模下的偏移电压和偏置电流别离为230μV (典型值为10μV) 和 50pA (典型值为20fA)。因而，LM2232可谓此类运用的最佳挑选。
正如上述指出的，这一扩大器是一个微功率组件，双通道类型只仅耗费13μA的电流。
5 定论
无论是心电图仍是血糖丈量运用，对便携医疗设备来说最重要的都是确保患者的安全和移动的便利性。在规划体系的时分，超低功耗和超高精度都是不行退让的要求。上述两个比如显现出美国国家半导体产品在精度、功耗、尺度和灵活性等方面具有优势。
