延长医疗可穿戴设备的电池寿命

对于便携式医疗设备而言，需延长其电池寿命，减小其外形尺寸，从而确保患者成功使用、实现积极的医疗效果。使用纳安级功耗开关控制器MAX16164，不仅能够解决寿命及便携性问题，还将通过可编程休眠时间提供设计灵活性。

引言

健康是生活幸福满足的基础。近期，新冠疫情进一步凸显了健康生活方式的必要性与重要性，并强调持续健康监测的关键意义。借助活动追踪器、血压监护仪、生物传感器、连续血糖监测仪（CGM）等可穿戴医疗设备，人们能够定期监测重要的健康信息，例如计算每日步数、检测摔倒情况、跟踪检查心率以判断是否发生房颤，或者监测血糖水平。此类设备默默持续收集重要数据，以便用于诊断和治疗。最近，半导体技术不断创新，且消费者对健康监测的需求日益增加，因此，人们对可穿戴医疗设备的需求随之骤增。

电池供电/可穿戴医疗技术的挑战

在设计可穿戴医疗设备时，需要考量多种重要因素，其中至为重要的一项是操作高效可靠且尺寸小巧。例如，CGM可跟踪用户的血糖水平，并指示血糖水平是否过高或过低。1型或2型糖尿病患者必须根据所示血糖变化做出相应反应，如果不及时治疗，则会导致脱水和糖尿病性昏迷而危及生命。在CGM技术出现之前，用户每天都需要多次刺破手指，采血测量血糖水平。然而所幸的是，可穿戴CGM减少了刺破手指进行血液分析的需求。CGM贴片采用电池供电，因此，电池续航时间越长，用户需要更换贴片的次数则越少。显然，这一特性令用户高度期待。

目前，系统设计人员具备多种工具，用以延长电池供电设备的电池寿命。除电池类型及尺寸因素外，许多低功耗器件也可降低系统功耗，包括低功耗微控制器、低功耗信号调理器、降压/升压转换器、负载开关和LDO。首先，低静态电流能够降低系统待机功耗，从而显著延长电池寿命。其次，借助纳安级功耗降压转换器、升压转换器和信号调理器等纳安级功耗器件，新型解决方案架构可以进一步降低系统功耗。

在多项医疗应用中，例如连续血糖监测以及心电图，系统需要定期自动监测并报告信息。这意味着设备需要保持开机，但在不进行测量或报告时，则需尽可能减少消耗。微控制器和微处理器能够执行这项任务，但二者往往功耗太高，即使在低功耗或休眠模式下也是如此。此外，还有一种周期性唤醒系统的解决方案，即使用实时时钟和负载开关。这种解决方案需要额外的集成电路，并且会降低可靠性。

开关控制器系统框图

对此，存在一个新颖的解决方案，即使用开关控制器在必要时唤醒系统微控制器，并尽量减少待机模式下的功耗。设有可编程休眠时间的开关控制器，具备超低功耗、无软件依赖性、尺寸小巧等优点。

MAX16164是一款具有可编程休眠时间的纳安级功耗开关控制器，可通过电阻或I2C总线进行编程。该器件在休眠状态下功耗为30nA，在关断模式下则仅为10nA。

纳安级功耗开关控制器如何帮助节省电能并延长电池寿命？

设想一个电池供电型医疗设备，结构如同上方的系统框图，其功耗如下所示。

基于Cypress PSoC 6 CPU
平均活动功耗为4.7mA
占空比：0.1%

假设电池电压始终一致，由微控制器负责开启和关闭系统，且休眠模式实时时钟功耗为7µA。

功耗：

CPU活动功耗 x CPU占空比 + CPU休眠功耗 x (1 - CPU占空比) = 4.7mA x 0.001 + 7µA x 0.999 = 4700nA + 7000nA = 11700nA。

如果使用MAX16164，该器件和系统的休眠功耗为30nA。

使用MAX16164时的功耗：

CPU活动功耗 x CPU占空比 + CS28休眠功耗 x (1 - CPU占空比) = 4.7mA x 0.001 + 30nA x 0.999 = 4700nA + 30nA = 4730nA。

因此，MAX16164与具有休眠模式的CPU相比，功耗比为4730/11700=40%。由此可得，使用MAX16164可将电池寿命延长60%。

此外，MAX16164采用微型WLP和小型µDFN封装，以极小尺寸实现可靠、节能的优势。

总结

人们日益关注自身的生活方式，并且正探寻方法以更好地监测并管理健康。如今，小巧、可靠且能长时间运行的医疗设备深受关注，其对于健康监测至关重要。针对需持续监测健康状态迹象的可穿戴医疗设备，使用纳安级功耗MAX16164开关控制器将能够延长电池寿命。

审核编辑：郭婷