导言
全球规模内有很高份额的成人需求守时监测个人生命体征(即血糖、血压、血氧饱和度)。自然而然地，咱们看到对便携式医疗设备的需求越来越旺盛，这种医疗设备可完成上述使命，乃至集成更多功用。并且这种趋势不会中止。
体积、分量、可靠性、安全性以及功耗是规划现代化便携式医疗设备的关键因素。现在典型的便携式医疗设备一般需求多种宏模块：处理电源的电源办理电路，无论是一次性仍是可充电电池;模仿前端(AFE)，用于将传感器的信号调制并转换为数字信号;微控制器，用于对搜集信号履行数学核算，在集成LCD屏幕上显现信息，或许将数据发送至有线/无线设备。完成所有这些功用一般需求运用不同的分离式器材。
高效的电源办理对这些便携式设备至关重要。本文介绍一款单片低功耗片上体系(SoC)，既合适用于运用一次性电池(扣子电池或碱性电池)的便携式医疗设备，又合适用于运用可充电电池供电的医疗设备。咱们还将评论第二款规划，其间可添加电源办理IC (PMIC)，以支撑附加设备功用。
在介绍这两种计划之前，咱们需求首要了解典型的分立式规划。然后评论转向集成式计划、在不影响功率预算的情况下进步功用所带来的优点。咱们也研讨节约空间、最大化功率运用、运用 USB衔接进步安全性的新式集成电路。咱们也将了解一下将现代化便携式医疗设备衔接至智能电话是多么简略，以及怎么扩展运用规模和运用看起来无限的数据。
分立式计划的复杂性、本钱和空间
咱们的评论首要从简略回忆分立式电源计划的典型功用方框图开端(图1)。电池办理电路包含电池隔离器、电池充电器、电量计、背光照明电源以及线性/开关稳压器。AFE一般要求ADC、DAC、运放、比较器、模仿开关和电压基准。运用如此多的分立式器材会潜在影响体系可靠性，一起也毫无疑问地添加本钱和电路板空间。
图1. 便携式医疗设备中运用许多分立式元件的根本电源计划方框图。
集成式计划具有较高功用
现在，有一种新式双芯片集成式计划，包含微控制器SoC和PMIC，进步整体功用(图2)。咱们接下来将介绍SOC和PMIC。
图2. 运用MAX32600微控制器SoC和PMIC的集成式计划简化规划并进步功用。
安全的医疗微控制器SoC
MAX32600微控制器SoC (图3)根据Cortex
M3中心，具有高功用模仿前端(AFE)，集成先进的安全信任维护，不同于竞争对手的电源计划。有线和无线通讯接口为用户将医疗设备衔接至其它便携式主机，例如PDA或智能手机，供给了多种挑选。
图3. 高度集成的微控制器SoC优化用于便携式医疗设备，具有AFE和信任维护单元的高安全性。有线外设进步了体系灵活性，多种电源办理形式节约功耗。
AFE办理模仿功用
AFE核包含一个SAR ADC，ADC具有500ksps高采样率和16位分辨率，在输入信号带宽受限的情况下，能够经过过采样和均匀办法进步分辨率。实际上，过采样和均匀法进步了SNR，然后取得附加分辨率位数。关于每个附加分辨率位，有必要以因子4对信号进行过采样。
fOS= 4w × fS (式1)
式中：
w为相应附加分辨率位的数量
fS为相应的原始采样频率
fOS为过采样频率
ADC可装备为以必定距离搜集阵发数据;经过存储器直接拜访(DMA)将数据保存至SRAM;然后唤醒处理器。ADC的接口供给可编程阵发采样率(TS独立于TS_avg)以及可编程均匀阵发长度(2、4、8、16、32、64、128)。
经过可装备的单端/差分多路复用器，能够挑选输入信号类型。ADC前端为差分放大器，具有可编程增益：1、2和4。基准电压可设置为1.0V、1.5V、2.0V和2.5V，将动态规模最大化。四个具有比较器形式的不限特定用处运放和四个SPST开关可用于附加信号调度。
两个12位DAC、两个8位DAC、一个附加电压基准(与前一个相同，也可编程)、一个温度传感器(可运用内部或外部PN结)以及用于驱动LED的可编程流入电流源进一步完善模仿规划。
插值滤波器(1:2、1:4和1:8)(图4)可用于12位DAC和8位DAC，以进步动态功用、下降总线带宽。
图4. 插值滤波器进步DAC的动态功用
能够将DAC码型的开端与ADC采样同步，有利于运用数字波形组成和同步电路(用于相干波形产生和ADC数据捕获)丈量阻抗(图5)。
图5. 用于阻抗丈量的信号处理方框图。
信任维护单元供给必不可少的安全性
嵌入式安全关于维护医疗设备的数据完整性至关重要。闪存和SRAM可运用内部电池备份存储器中的密钥进行加密，然后维护SoC固件。经过嵌入式加密电路供给器材安全认证，合适于对称和非对称加密办法。
关于嵌入式安全、加密、私钥和公钥的作品有许多，此处不再赘述。咱们想着重的是MAX32600支撑AES加密和ECDSA安全认证1。触发集成式动态篡改检测器时，体系的公钥和私钥将被毁掉。体系的FIPS认证伪随机数产生器可饱尝和避免安全进犯。运用独立的内部异步环形振荡器避免守时进犯。
低功耗至关重要
多种集成办法节约功耗。SoC选用低至2.2V的电压作业，关于运用一次性电池供电的便携式医疗设备，这是一项非常大的优点。嵌入式内核在24MHz时的作业电流为175µA/MHz，具有使能实时时钟(RTC)的1.8µA低功耗形式，具有多种节约功耗的电源办理形式。关断处于非作业状况外设的选项乃至可节约更多功耗。
6通道DMA控制器支撑外设在微控制器处于休眠形式时作业。在这种方法下，ADC可设置为扫描输入通道、捕获数据，只在需求处理时唤醒内核。
有线外设添加接口灵活性
嵌入式外设供给完成便携式医疗设备所需的悉数功用。带有物理接口(PHY)的USB2.0全速控制器答应直接衔接USB电缆，下降电路板空间和整体体系本钱。集成电压调节器支撑在衔接至USB主机时在主电源和VBUS之间智能切换。该功用关于VDD电源为电池的体系特别有利。
多达三个SPI主机UART支撑与多个外设从机进行同步通讯，数据传输可到达高达24MHz。DMA具有发送和接纳缓冲器。两个I²C总线主机/从机接口支撑与各式各样支撑I²C接口的外设进行通讯。支撑主机和从机协议。两个同步/异步接纳器/发送器(USART)端口支撑全双工异步或半双工同步通讯。
可选无线外设添加无外部线缆连通性
Bluetooth
v4.0低功耗从机掩盖2.400GHz至2.4832 GHz RF频率规模，可用于衔接人工胰腺运用中的血糖传感器和胰岛素泵。免费供给带有医疗阐明的源代码：http://content.maximintegrated.com/datasheet/index.mvp/id/8425/t/do#Software%2FModels。
ISM四频段收发器(315、433、868和915MHz)支撑FFSK、FMSK、AFSK调制，以及多种带有快速唤醒的休眠形式。
电源计划添加了可充电医疗设备的安全性且节约空间
咱们现在评论由外部可充电电源供电的便携式医疗设备。MAX14663PMIC (图6) 集成锂离子(Li+)开关充电器，是针对空间受限便携式医疗设备进行优化的电源计划;与MAX32600微控制器SoC合作运用时，最大极限进步功率，节约名贵的规划空间，以及添加附加功用。咱们在上文中现已介绍了MAX32600SoC，现在咱们评论MAX14663的电池办理和USB衔接功用。
