七个诀窍了解如何设计小型蓝牙可穿戴医疗设备

对于开发人员来说，构建小型的蓝牙医疗设备不仅仅是从市场上选择最小的硬件，也需要通过优化物料清单（BOM）来减小产品的尺寸和成本。使用Silicon Labs（亦称“芯科科技”）集成的蓝牙SoC和模块，除了具备超低功耗和极小封装的优势外，还能够提供医疗应用所需的各种外设功能和特性，从而节省大量PCB占地面积，增强设计灵活性并降低成本。

几十年来，芯科科技一直与许多医疗设备制造商合作。由于这些成功的合作，我们已经开发了几个与无线医疗应用相关的功能，并将它们集成到我们的蓝牙SoC和模块中。在这篇博客中，我们将解释七个关键的蓝牙设计概念来帮助您提升蓝牙医疗设备和应用的开发。

蓝牙设计的七个重要概念

1. 集成AI/ML加速器

机器学习(ML)允许根据现有模型处理大量传感器数据，以识别异常情况，并确定需要将哪些数据传输回云端。对于像心电图这样的设备，如今的无线设备将收集到的所有数据传回云端进行处理和分析。通过识别设备上的关键数据，只需要传输某些子集的数据，从而节省宝贵的资源并延长电池寿命。

人工智能(AI)也可以用于现场老化等应用，在这些应用中，监测生命体征，查看数据变化，观察步态等事物，以及通常识别非正常模式，可以为提供者提供关键的诊断数据，并为护理人员和亲人触发救生警报，从而大大改善，甚至挽救患者的生命。

芯科科技BG24蓝牙SoC为设备制造商提供了集成的AI/ML加速器，具有更快，更节能的ML推理计算，从而消除了对电路板上外部ML处理器的需求。

2. 模拟外设

ADC用于许多无线医疗设备和可穿戴设备，以实现传感器测量和电池供电监控。芯科科技蓝牙SoC具有集成的ADC，分别有12、16和20位的高分辨率，可节省成本，占地面积，设计和测试工作。此外，与许多竞争解决方案相比，芯科科技蓝牙解决方案可提供更高的有效位数(ENOB)的ADC，从而实现更有效的采样。

对于具有基于离散模拟前端(AFE)解决方案的CGM制造商(和其他便携式医疗设备)，ADC和DAC是可在片上使用的两个关键功能，从而节省了对电路板上附加组件的需求。BG24具有一个ADC和DAC，可以与外部运算放大器相结合，形成一个完整的模拟前端，在CGM器件上降低了成本、空间和集成复杂性。

3. DC-DC直流转换器

DC-DC转换器是电池供电的医疗设备的重要功能。升压转换器允许SoC使用低电压电池，如碱性电池和氧化银电池，输入范围为0.8至1.7V，使蓝牙SoC能够在较低的电源电压下工作。Buck转换器允许SoC与其他~3V电池一起工作，例如锂硬币电池，它用于提高能源效率和电池寿命或减小电池尺寸。芯科科技BG27包括这两种DC-DC转换器。

4. 电荷计量器

为了在使用关键健康应用程序期间预测和防止意外的电池耗尽，库仑计数器可以精确地跟踪电池电量，以增强用户的安全性和体验。BG27具有集成的库仑计数器，消除了电路板上另一个外部组件的需要。

5. 低频RC振荡器

对于低功耗蓝牙2.4 GHz应用，蓝牙SoC需要满足指定的睡眠时钟精度±500ppm。BG22和BG27内部有一个32 kHz的低频RC振荡器(LFRCO)，可以根据设备上的HFXO进行自校准，以满足低功耗蓝牙标准的要求。因此，设备制造商可以消除电路板上的外部低频晶体，从而释放空间和BOM成本，除非应用程序需要更高的时钟精度。

6. 匹配网络

芯科科技的参考无线电板设计通常使用大量的组件和多层进行RF和VDD滤波，以便在最高输出功率水平下为设备制造商提供最佳的RF性能。然而，医疗设备和可穿戴设备使用较低的功率水平，这意味着您可以减少设计中的PCB层和元件数量，同时保持可接受的射频性能。

通过经优化的BG22，BG24和BG27的射频性能，以匹配低功耗器件的ETSI和FCC法规，您可以减少旁路电容器，滤波器和天线匹配网络的数量，总共多达6-14个组件，以减少占地面积和BOM成本，同时支持ETSI/FCC要求。

7. 电力消耗

最小化蓝牙设备的功耗使设备制造商能够实现更小的设备尺寸。在工作和优化睡眠模式(EM2)中，超低功耗与BG27提供的DC-DC Boost提供的1.5v电源相结合，允许设备配备极小的氧化银1.5v电池，最大限度地减少设备的整体外形因素。

要了解更多关于低功耗的好处，请阅读世界上最小的可穿戴设备的案例研究，Lura Health使用BG27超低功耗蓝牙WLCSP芯片的智能牙齿植入物：https://cn.silabs.com/applications/case-studies/small-bluetooth-chip-powers-luras-oral-health-monitor。芯科科技的蓝牙解决方案具有强大的安全性，具有最高的PSA 3级认证和DTSec(糖尿病联网设备的网络安全标准)。