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可佩戴的医疗芯片系统方案
时间:2020-11-09 来源:j9.com九游会 浏览量 48133 次
本文摘要:1可佩戴医疗系统基于芯片构成无线通信技术的可佩戴医疗芯片的整体构成如图1右图所示,生理信号收集电路、模拟数字转换电路(ADC)、数字信号基带处理电路、控制器、发射交接电路的几个部分首先,用信号收集低噪音仪表放大器电路收集人体的生理数据,用AD切换供给的生理信号,分析难以分解的数字信号,经过编码、FFT等数字信号处理,用发射电路发送。

医疗

章的健康与所有人密切相关,成为当今人类社会关注的热点。可佩戴的医疗管理系统可以轻松收集人体健康数据,预测疾病和开展早期临床。基于低成本、低功耗、低传输速度无线通信技术构建的可佩戴的医疗芯片系统方案有助于患者在日常工作、生活中动态收集身体的基本生命参数,增加医务人员的面对面诊疗时间,等待患者在医院慢性病(如高血压、糖尿病、高血脂)已成为当今人类健康的最大刺客,慢性病化疗多年来必须不间断地开展患者健康数据的收集和监测。

可佩戴的医疗芯片由于体积小、功耗低、成本低,患者容易拒绝接受,较大的潜在消费市场前景更多的芯片设计公司(Philips、Zarlink、Ti等)再次参加了其研究开发和商业推广。随着集成电路技术和生物医学工程技术的发展,开发了更多可佩戴的医疗芯片和微系统,戴在指尖的血氧传感器、手表型血糖传感器、手表型睡眠中质量监视器、睡眠中生理检查器、腰带式排便搏动监视器、植入无线穿戴型医疗用微系统由移动到人体体表的无线传感器构成,例如,人们平时戴的帽子、手表、配件等可以用于再利用微穿戴型医疗用芯片。根据载置体表的部位,不同的传感器之间和主处理显示芯片之间的多个引线被连接,因此不会给使用者带来很大的不便,无线通信技术作为引线的代替传输方式,其优点最引人注目。

医疗

现在,很多无线通信技术专注于提高无线数据的传输速度,但作为穿戴医疗系统使用的无线传输技术还必须同时考虑尽量减少无线信号传输中的功耗。可以佩戴用于发送无线信号的医疗芯片上使用的收发机的部分通常在整个医疗芯片上消耗功率是下一部分,为了便于客户长时间佩戴,无线发送部的电路消耗功率是佩戴芯片设计者必须重点考虑的问题围绕低功耗、低传输率的目标,Zarlink、Nordic、Philips、chipcon等公司相继推出超高功耗无线发送芯片的解决方案。1可佩戴医疗系统基于芯片构成无线通信技术的可佩戴医疗芯片的整体构成如图1右图所示,生理信号收集电路、模拟数字转换电路(ADC )、数字信号基带处理电路、控制器、发射交接电路的几个部分首先,用信号收集低噪音仪表放大器电路收集人体的生理数据,用AD切换供给的生理信号,分析难以分解的数字信号,经过编码、FFT等数字信号处理,用发射电路发送。此外,外部控制信号、数据也可以通过芯片上的交接电路交接。

控制器用于控制整个芯片的行为,通过对控制器进行编程,可以根据市场需求应对不同的应用程序。通常,高性能可佩戴的医疗芯片由高性能的数字、模拟和射频部分组成,特别是模拟和射频部分的性能优劣直接影响芯片整体的性能。另一方面,医疗芯片模拟和无线收发机部分在芯片整体上功耗看起来像以下部分,因此在设计这两个电路时,设计者通常在低功耗、高性能两方面展开权衡。

其次,对典型的可佩戴医疗系统芯片的各构成要素进行说明。图1的可佩戴医疗芯片系统结构图fig.1 wearablemedicalsocchipstructurediagram 1.1生理信号收集低噪声放大器生理信号的收集一般是通过构建在片上的生物传感器收集得到的。为了便于构建,传感器使用CMOS过程的低噪声放大器构建,可以将生物信号转换为生物电信号。

为了同时获得多种生理信息,可以在芯片上构建多个具有不同功能的放大器构成多通道,收集血压、血氧饱和度、呼吸速度、搏动、体温等生命体征参数。人体的生理信号很暗,容易受到周围环境的噪声的阻碍,所以放大器进行高灵敏度、高增益、低噪声、低功耗。此外,通过在放大器之后使用截止频率为1kHz左右的低通滤波器,进一步噪声化生物电信号以外的其他频率的阻碍噪声。放大器可以设计成各种工作模式,如拦截、工作和睡眠,以增加芯片的功耗。

佩戴

收集

1.2 AD转换器(ADC )前置的多通道生理信号采集放大器收集多种生理信息,通过模拟多路复用器连接到ADC的输出端口,模拟多路复用器不能一次自由选择一个前置放大器的输入。为了增大功耗,ADC一般选择大幅度逼近的结构,位数为10bit左右。为了提高精度和开关速率,也可以使用sigma-delta或管线型结构的ADC。其位数高,开关速率高,但功耗也小,设计成可以佩戴医疗芯片,低功耗很重要。

另外,必须考虑适当选择ADC的单位电容,选择过大而占据芯片面积,并且尽量减少寄生电容对单位电容的影响。1.3控制器芯片可以使用ARM核、MCU作为控制器,通过总线控制芯片的其他部分的电路的工作模式。

可以控制数据的工作时间,展开和部署寄存器,控制芯片其他部分的空闲数据总线的动态通信。1.4数字信号处理基带为了提高数据传输的速率、正确性和安全性,ADC输入的数字信号必须经过数字信号机基带处理器,展开数字传输和编码。噪声通过FFT变换、数字滤波器进一步阻碍频率噪声。


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