醫療產業渴望擁有更多的功能和互通性，當然還需要無線介面，本文將探討無線發展趨勢及其挑戰，包括在採用無線模組時，現在設計中的標準和頻率以及功率考慮事項。單節可充電電池的應用將會是通用終端應用的產品，如某些血糖儀和脈搏血氧飽和度分析儀之類。我們將討論這些趨勢如何影響醫療保健產業未來的發展。
雖然消費性應用設備總有一些精通科技(tech-savvy)的用戶，並可以給他們推薦一系列功能集和附件功能，但是典型的醫療終端使用者卻有很多種，從居家病人到醫院裡照顧嚴重病人的護士，兩者均有特定的需求以及所期望獲得的特性。但最終，這些醫療器材必須可靠和易於使用。滿足上述需求的技術業業已準備就緒，但更重要的是，這些技術也經過業界的驗證，足以滿足這些需求並推動當前的設計趨勢。如果設計人員瞭解去哪裡尋找合適的技術和如何應用，則手機技術就是一項現成和易於著手的技術。
可攜式的醫療設備通常具備特定的用途，如脈搏血氧飽和度分析儀或血糖儀，而達成這些特定用途的核心能力也非常出色。這些可攜式裝置演變成具有多感測器的例行任務以及資料趨勢記錄，在顯示幕有限的小型手機上保留這些資訊並不實際。有兩種通用方法可從手機或其介面取得這些資料：使用無線方式或者通過USB。不久之前，使用的是可移除的記憶卡(removable memory card)，但即使把它們取下或插入PC這樣簡單的工作也是很麻煩的。
無線趨勢和解決方案
現今的醫用手機設計可支援兩項標準：低功率藍牙(Bluetooth®)和ZigBee®。在無線醫療遠端監測服務(Wireless Medical Telemetry Service，WMTS)以及工業、科學和醫療(Industrial Science and Medical，ISM)領域，也有一些基於專有技術的解決方案，其頻帶範圍為400MHz至2.5GHz，當然，這仍然屬於行動電話的頻帶。頻帶選擇將取決於應用需求以及與接收器的距離遠近，設備的大小尺寸和可用功率也將影響頻帶。不管頻率選擇如何，對於所有無線應用，功率也是常見的兩難問題，但這也是我們可從手機產業中利用半導體技術最多的地方。選擇單節鋰離子電池作為可充電的電源，以便將此項技術應用到淋漓盡致。雖然也可用AA乾電池和鈕扣電池，但是它們的低電壓經常需要較昂貴的降低/升壓拓撲，而且第二電源的選擇也不是那麼普遍。
無線技術的核心難題是其動態功率需求，無線收發器無法在持續廣播或接收模式下工作，而是按照應用相關需要，以脈衝方式發送或接收資料。在電池供電軌(Vbatt)上，這種脈衝式工作正是最難的一部份。將無線收發器偏壓通過電容組直接連接至電池是一種解決方案，但可充電電池有著太大的工作電壓範圍，通常是2.5V 至 4.2V。針對這種核心供電軌，DC/DC降壓轉換器較為適用。這可使Vbatt保持穩定，並且不會引發最終連接至Vbatt的下游感測器發生欠壓事件，而這可能會影響到資料的準確性。
醫療設備設計團隊可能沒有行動功率的專家，但仍然希望能夠在快節奏的產業競爭中推出新的且具有差異性的產品，以期擴大市場占有率。為了省去詳細的DC/DC設計和建模，快捷半導體針對使用單節可充電鋰離子電池運行的無線收發器，推出完全整合的功率模組FAN4603。所有輸入電容器、電感器、以及輸出電容器都整合在2.5mm x 4.0mm表面黏著的封裝裡。其暫態響應特性是處理無線技術動態功率需求的關鍵。輸入範圍與可充電電池相符，且輸出固定為1.0V到1.8V，視器件編號尾碼類型而定，並且提供高達600mA的電流。6MHz的開關頻率使得可攜式無線設備可以使用小型整合電感器，並具有良好的暫態響應品質。圖1是FAN4603的內部結構圖。
圖1. 用於3.7V鋰離子電池的FAN4603 DC/DC轉換器，具有從1.0V 至 1.8V的固定輸出電壓範圍，電流高達600mA
除了暫態響應性能，選擇DC/DC轉換器時，觀察效率曲線和注意正常工作電流下的效率也是很重要的。圖2是FAN4603資料表的樣本曲線。資料表也詳細地說明了暫態性能，並用示波器的螢幕顯示當電流從穩定狀態到尖峰時Vout的穩定性，也就是模擬無線廣播，或啟動更高功率感測器，如脈搏血氧飽和度分析儀中的LED。
圖2. 在3.7V輸入和不同輸出電壓下帶有1mA 至 600mA負載時，FAN4603 DC/DC轉換器的效率曲線。
智慧型MOSFET
在DC/DC 調節器的下游，常常需要利用電源監測來將經過調節的電平分配至其它負載，如感測器、背光驅動器等。在手持式設備規範的要求中，對電池壽命的要求較嚴苛，當不使用時，通常使用智慧型負載開關來隔離電池所產生的功率消耗。為提供這兩項功能，快捷半導體的IntelliMAX™系列是可選擇的解決方案之一，該系列時常應用於行動手機和手持式醫療設備的設計中。其概念是MOSFET帶有整合驅動和保護特性，例如：減少湧浪電流(in-rush current)的轉動率控制、過流保護、熱保護、以及欠壓鎖定。所實現的關鍵特性是典型的湧浪電流控制和邏輯電平使能(logic level enable)。圖3顯示了FPF1003 IntelliMAX器件在DC/DC的下游實現，提供邏輯使能的1.8V功率電源軌。此器件是30mohm P溝道MOSFET，採用晶圓級晶片尺寸封裝(wafer level chip scale package，WL-CSP)，帶有次1uA靜態電流(此電流用於提供驅動和保護特性)。此一產品系列也有不同種類的其它配置和封裝，並且選擇帶有最佳校準特性的器件是很重要的。不同編號器件之間的湧浪電流控制，以及過流跳變點(trip point)的差別很大。最終結果是，對系統架構有更有功率意識的設計透明度。
圖3. 智慧型負載開關用來保護電源，以最簡單的方式啟動對下游模組的供電。其它器件可提供電流限制設置點、故障引腳和負載放電。
對醫療保健設備的影響
對於終端醫療設備而言，半導體技術直接影響到其功能和上市時間。採用IC技術和來自行動產業的功率架構可以縮短設計週期，獲得經過驗證的解決方案，並擁有多個供貨來源。在推出醫療設備過程中，FDA的審核流程是一個非常耗費時間的階段，所以使用經過證實的技術是快速達到目標的關鍵所在。類似FAN4603的整合式功率模組僅僅是許多與此一策略互補的IC產品之一。請注意，不管怎樣，不選擇3.7V可充電單節電池，設計人員將受限於一連串的DC/DC調節器，所以，在建立架構階段的早期階段做出正確的決策是應用行動技術的關鍵。
易於與PC或其它手持式設備相連接的長壽命醫療掌上型設備是最終使用者使用經驗的關鍵所在。由於無線技術減輕了此項煩惱，資料必須最終要提供醫生或醫院，以便對醫療保健鄉揮最大的作用。無線技術是這個最終目標的關鍵，但要藉由標準的確定和實施來克服資料隱私和FDA這兩個障礙。在標準委員會、半導體供應商和可攜式醫療產品設計人員之間進行更進一步的合作，是實現可靠且可交互運作的解決方案之關鍵。
雖然消費性應用設備總有一些精通科技(tech-savvy)的用戶，並可以給他們推薦一系列功能集和附件功能，但是典型的醫療終端使用者卻有很多種，從居家病人到醫院裡照顧嚴重病人的護士，兩者均有特定的需求以及所期望獲得的特性。但最終，這些醫療器材必須可靠和易於使用。滿足上述需求的技術業業已準備就緒，但更重要的是，這些技術也經過業界的驗證，足以滿足這些需求並推動當前的設計趨勢。如果設計人員瞭解去哪裡尋找合適的技術和如何應用，則手機技術就是一項現成和易於著手的技術。
可攜式的醫療設備通常具備特定的用途，如脈搏血氧飽和度分析儀或血糖儀，而達成這些特定用途的核心能力也非常出色。這些可攜式裝置演變成具有多感測器的例行任務以及資料趨勢記錄，在顯示幕有限的小型手機上保留這些資訊並不實際。有兩種通用方法可從手機或其介面取得這些資料：使用無線方式或者通過USB。不久之前，使用的是可移除的記憶卡(removable memory card)，但即使把它們取下或插入PC這樣簡單的工作也是很麻煩的。
無線趨勢和解決方案
現今的醫用手機設計可支援兩項標準：低功率藍牙(Bluetooth®)和ZigBee®。在無線醫療遠端監測服務(Wireless Medical Telemetry Service，WMTS)以及工業、科學和醫療(Industrial Science and Medical，ISM)領域，也有一些基於專有技術的解決方案，其頻帶範圍為400MHz至2.5GHz，當然，這仍然屬於行動電話的頻帶。頻帶選擇將取決於應用需求以及與接收器的距離遠近，設備的大小尺寸和可用功率也將影響頻帶。不管頻率選擇如何，對於所有無線應用，功率也是常見的兩難問題，但這也是我們可從手機產業中利用半導體技術最多的地方。選擇單節鋰離子電池作為可充電的電源，以便將此項技術應用到淋漓盡致。雖然也可用AA乾電池和鈕扣電池，但是它們的低電壓經常需要較昂貴的降低/升壓拓撲，而且第二電源的選擇也不是那麼普遍。
無線技術的核心難題是其動態功率需求，無線收發器無法在持續廣播或接收模式下工作，而是按照應用相關需要，以脈衝方式發送或接收資料。在電池供電軌(Vbatt)上，這種脈衝式工作正是最難的一部份。將無線收發器偏壓通過電容組直接連接至電池是一種解決方案，但可充電電池有著太大的工作電壓範圍，通常是2.5V 至 4.2V。針對這種核心供電軌，DC/DC降壓轉換器較為適用。這可使Vbatt保持穩定，並且不會引發最終連接至Vbatt的下游感測器發生欠壓事件，而這可能會影響到資料的準確性。
醫療設備設計團隊可能沒有行動功率的專家，但仍然希望能夠在快節奏的產業競爭中推出新的且具有差異性的產品，以期擴大市場占有率。為了省去詳細的DC/DC設計和建模，快捷半導體針對使用單節可充電鋰離子電池運行的無線收發器，推出完全整合的功率模組FAN4603。所有輸入電容器、電感器、以及輸出電容器都整合在2.5mm x 4.0mm表面黏著的封裝裡。其暫態響應特性是處理無線技術動態功率需求的關鍵。輸入範圍與可充電電池相符，且輸出固定為1.0V到1.8V，視器件編號尾碼類型而定，並且提供高達600mA的電流。6MHz的開關頻率使得可攜式無線設備可以使用小型整合電感器，並具有良好的暫態響應品質。圖1是FAN4603的內部結構圖。
圖1. 用於3.7V鋰離子電池的FAN4603 DC/DC轉換器，具有從1.0V 至 1.8V的固定輸出電壓範圍，電流高達600mA
除了暫態響應性能，選擇DC/DC轉換器時，觀察效率曲線和注意正常工作電流下的效率也是很重要的。圖2是FAN4603資料表的樣本曲線。資料表也詳細地說明了暫態性能，並用示波器的螢幕顯示當電流從穩定狀態到尖峰時Vout的穩定性，也就是模擬無線廣播，或啟動更高功率感測器，如脈搏血氧飽和度分析儀中的LED。
圖2. 在3.7V輸入和不同輸出電壓下帶有1mA 至 600mA負載時，FAN4603 DC/DC轉換器的效率曲線。
智慧型MOSFET
在DC/DC 調節器的下游，常常需要利用電源監測來將經過調節的電平分配至其它負載，如感測器、背光驅動器等。在手持式設備規範的要求中，對電池壽命的要求較嚴苛，當不使用時，通常使用智慧型負載開關來隔離電池所產生的功率消耗。為提供這兩項功能，快捷半導體的IntelliMAX™系列是可選擇的解決方案之一，該系列時常應用於行動手機和手持式醫療設備的設計中。其概念是MOSFET帶有整合驅動和保護特性，例如：減少湧浪電流(in-rush current)的轉動率控制、過流保護、熱保護、以及欠壓鎖定。所實現的關鍵特性是典型的湧浪電流控制和邏輯電平使能(logic level enable)。圖3顯示了FPF1003 IntelliMAX器件在DC/DC的下游實現，提供邏輯使能的1.8V功率電源軌。此器件是30mohm P溝道MOSFET，採用晶圓級晶片尺寸封裝(wafer level chip scale package，WL-CSP)，帶有次1uA靜態電流(此電流用於提供驅動和保護特性)。此一產品系列也有不同種類的其它配置和封裝，並且選擇帶有最佳校準特性的器件是很重要的。不同編號器件之間的湧浪電流控制，以及過流跳變點(trip point)的差別很大。最終結果是，對系統架構有更有功率意識的設計透明度。
圖3. 智慧型負載開關用來保護電源，以最簡單的方式啟動對下游模組的供電。其它器件可提供電流限制設置點、故障引腳和負載放電。
對醫療保健設備的影響
對於終端醫療設備而言，半導體技術直接影響到其功能和上市時間。採用IC技術和來自行動產業的功率架構可以縮短設計週期，獲得經過驗證的解決方案，並擁有多個供貨來源。在推出醫療設備過程中，FDA的審核流程是一個非常耗費時間的階段，所以使用經過證實的技術是快速達到目標的關鍵所在。類似FAN4603的整合式功率模組僅僅是許多與此一策略互補的IC產品之一。請注意，不管怎樣，不選擇3.7V可充電單節電池，設計人員將受限於一連串的DC/DC調節器，所以，在建立架構階段的早期階段做出正確的決策是應用行動技術的關鍵。
易於與PC或其它手持式設備相連接的長壽命醫療掌上型設備是最終使用者使用經驗的關鍵所在。由於無線技術減輕了此項煩惱，資料必須最終要提供醫生或醫院，以便對醫療保健鄉揮最大的作用。無線技術是這個最終目標的關鍵，但要藉由標準的確定和實施來克服資料隱私和FDA這兩個障礙。在標準委員會、半導體供應商和可攜式醫療產品設計人員之間進行更進一步的合作，是實現可靠且可交互運作的解決方案之關鍵。
