面向醫療健康可穿戴產品的難點，ADI帶來突破性的模擬前端和電源芯片

迎九

1可穿戴醫療健康產品興起

據Yole2020年發表的報告顯示，醫療健康可穿戴產品的市場規模從2019年的3.47億件，會持續增長到2025年的7.54億件，復合年均增長率14%。主要驅動力是醫療和消費類穿戴市場。而這兩大驅動力都有共同的潛在需求——對多項關鍵生命體征的監測，這對相關系統和芯片供應商來說是一次非常大的機遇。

2穿戴產品設計的難點是什么

1）模擬前端

Maxim Integrated（現已并入Analog Devices）工業與醫療健康事業部醫療健康產品線總經理Andrew Baker指出，在加入更多的傳感器設計時，會考慮到需要用哪些通道，哪些信號的類型需要怎樣去相互干擾的特性。另外，在系統設計時也可能會考慮到多個信號的同步，例如在測量ECG、PPG等多種信號時，對于某些衍生的生命體征的算法開發也會考慮到嚴格的時鐘同步。

一些生命體征指數，例如怎樣去提升穿戴產品的血氧測量？例如在手腕上測血氧，人的血流信號是從弱到強分布很廣，對于有些人，或者在某些場景下，他們的血流灌注指數（PI）非常低。在這種情況下，模擬前端需要非常高的信噪比來實現相對精準的測量。

ECG在穿戴產品設計里也面臨一些挑戰。例如，對于干皮膚的測量，冬天在比較干燥的北方，或者在空調房間里，皮膚可能極度干燥，這種情況下較難測量。

對此，MAX86178以及之前的MAX86176有相關的解決方案和設計指南，可在多場景下達到醫學標準。尤其新產品MAX86178的三合一系統，用單芯片完成了4項生命體征的采集，使心電圖、心率、血氧飽和度、呼吸率的采集系統變得更精簡。

2）電源

在系統設計時需要非常慎重地考慮到供電。因為對于這些模擬前端，要有非常干凈的電源，以便在測量這些生物傳感的體征時，系統上的噪聲盡量減小。

Maxim Integrated（現已并入Analog Devices）電池電源方案事業部執行總監Karthi Gopalan稱，MAX77659的優勢是：客戶無需擔心傳統的解決方案之間各個元件之間的配置問題。因為內部已做過很多測試，像對于信號完整性要求比較高的這種醫療的傳感器是其中一類;還有GPS，音頻的設備等，對于信號的完整性要求是比較高的。剛開始，客戶開始會覺得MAX77659是一個新架構，他們會趨于保守，想用已經熟悉的新品，而為了展現SIMO（單電感多輸出）是非常可靠的解決方案，MAX77659已在音頻、醫療、GPS等應用中做過大量測試。

新產品MAX77659采用了SIMO架構芯片（如圖）。在傳統芯片中，如果需要3路的開關模式電源的輸出以及1個開關模式的充電，至少需要4個電感，而電感通常是電源方案中外部最大的被動元件。在MAX77659里，這3路開關模式的輸出以及1路開關模式的充電共用1個電感（如下圖），這樣將物料清單減少了60%，同時總電源解決方案尺寸減小50%。

還有另外一個需要說明的點是，如果某一個功能元件對電源的要求非常敏感，MAX77659也提供了一個LDO來額外地提供PSRR（電源抑制比），能夠大幅度降低噪聲等。

相對于市場上現有的其他電源管理芯片，MAX77659可以為可穿戴設備、耳戴式設備和物聯網設備提供4倍的充電速度。通過Maxim Integrated（現已并入ADI）的測試，在短暫充電10min后，芯片就可以為產品提供4h的運行時間。