試想一下這樣一個世界：你的手環(huán)檢測到你的脈搏異常，并幫你預約了醫(yī)生；項鏈上的傳感器檢測你的體溫出現(xiàn)異常變化，隨即發(fā)送消息到你的手機；床上的傳感器能夠感知你是否有個好的睡眠；衣服上的傳感器能感知你的心臟是否正常工作；馬桶上的傳感器能感知你是否患上了糖尿病。你病愈出院后，許多這樣結合了 RF 發(fā)送器便攜式電子監(jiān)護系統(tǒng)，能夠把從你身上收集的所有數(shù)據(jù)直接發(fā)回醫(yī)院內的監(jiān)控系統(tǒng)，供醫(yī)生日后審查和分析之用……
事實上，這樣無處不在的健康監(jiān)測正在走入現(xiàn)實。ADI公司Power by Linear部門的產品市場總監(jiān)Tony Armstrong長期跟蹤無線便攜醫(yī)療應用，對此有深度的觀察。他認為與許多其他的應用一樣，是低功率高精度組件促進實現(xiàn)了便攜式和無線醫(yī)療儀器的快速成長。但他同時指出，和很多其他應用不同的是，此類醫(yī)療產品通常對于可靠性、運行時間和堅固性有著高得多的標準，這個負擔大部分落在電源系統(tǒng)及其組件的身上。如何讓無線便攜醫(yī)療更快、更廣泛獲得普及應用，他認為新型電源設計非常重要。
解決好三個設計要點，勿讓電源系統(tǒng)成便攜式的“絆腳石”
便攜式醫(yī)療設備的興起是板上釘釘，但是問題也隨之而來，Tony Armstrong認為此類便攜式醫(yī)療儀器必須具備幾個條件：低價格、低功率、高精度、可靠性、堅固性和運行時間。而這些負擔大部分落在電源系統(tǒng)及其組件的身上，所以這就要求電源管理架構擁有堅固、靈活、緊湊和高效的特點。為此，電源設計中需要注意以下方面。
更長待機連續(xù)供電，因此項關鍵的要求就是實現(xiàn)低靜態(tài)電流以延長電池壽命。于是，自2010年以來，電源IC制造商一直在生產備用靜態(tài)電流小于30μA的開關穩(wěn)壓器。事實上，我們近期推出的部分產品已經把這一數(shù)字降低到只有2.5μA。因此，這些產品已完全具備了在由電池提供備份電源的醫(yī)療系統(tǒng)中使用之條件。
許多功能豐富的患者監(jiān)測醫(yī)療裝置中電源軌數(shù)目有所增加，而工作電壓則持續(xù)地下降。雖然如此，許多此類系統(tǒng)仍然需要 1.xV 至 8.xV 的寬廣電壓范圍，用于為電機、低功率傳感器、存儲器、微控制器內核、I/O 和邏輯電路供電。
傳統(tǒng)上，這些電壓軌一直是由降壓型開關穩(wěn)壓器或低壓差穩(wěn)壓器提供。然而，對于那些還在系統(tǒng)中納入了一個備份電池以應對主電源故障情況的配置，此類 IC 并未進行相應的優(yōu)化。于是，當采用降壓-升壓型轉換器 (其能提升電壓或降低電壓) 時，它將使電池的全工作范圍能得到利用。這增加了操作裕量，并延長了電池運行時間，因為更多的電池壽命是可用的，尤其當它接近其放電曲線的較低端時。
電源的防干擾設計很重要。盡管開關穩(wěn)壓器產生的噪聲高于線性穩(wěn)壓器，但其效率指標則比后者優(yōu)越得多。已經證實：在許多敏感型應用中，只要開關電源以可預知的方式運行，那么噪聲和 EMI水平是可控的。如果開關穩(wěn)壓器在正常模式中以恒定頻率執(zhí)行開關操作，而且開關脈沖邊沿是干凈和可預知的，并沒有過沖或高頻振鈴，則可實現(xiàn)EMI的最小化。小封裝尺寸和高工作頻率能提供小巧緊湊的布局，從而最大限度地降低 EMI 輻射。除此之外，假如穩(wěn)壓器可與低ESR陶瓷電容器配合使用，那么就能盡量地減少輸入和輸出電壓紋波，而這些紋波是系統(tǒng)中的額外噪聲源。
解決DC/DC轉換器設計的六大關切
相應的，在可能配有一個主電池的便攜式醫(yī)療設備中使用DC/DC轉換器解決方案時，需要設計中滿足以下六大特性：
1. 一個具有寬輸入電壓范圍的降壓-升壓型 DC/DC 架構，可以在采用多種電池供電型電源及其相關電壓范圍時調節(jié) VOUT
2. 能在工作模式和停機模式中均提供超低靜態(tài)電流以延長電池運行時間
3. 能夠有效地為系統(tǒng)電壓軌供電
4. 電流限制功能以用于減小浪涌電流，從而保護電池
5. 解決方案占板面積小、重量輕、外形扁平
6. 可提供先進封裝以改善熱性能和空間效率
ADI推出的一款高集成度、高性能，效率高達 95%的電源LTC3119就已完全具備了上述在由電池提供備份電源的醫(yī)療系統(tǒng)中的使用條件。
LTC3119是一款同步電流模式單片降壓-升壓型轉換器，在降壓模式中，可從多種輸入源提供高達 5A 的連續(xù)輸出電流，輸入源包括單節(jié)或多節(jié)電池、未穩(wěn)壓交流適配器、以及太陽能電池板和超級電容器。一旦啟動，該器件 2.5V 至 18V 的輸入電壓范圍就可擴展至 250mV。輸入高于、低于或等于輸出時，輸出電壓都是穩(wěn)定的，且輸出電壓在 0.8V 至 18V 范圍內是可編程的。用戶可選的突發(fā)模式 (Burst Mode?) 操作將靜態(tài)電流降至僅為 31μA，從而提高了輕負載效率，同時延長了電池運行時間。
LTC3119 采用的專有 4 開關 PWM 降壓-升壓型拓撲在所有工作模式時均提供低噪聲、無抖動切換，因而非常適合對電源噪聲敏感的 RF 應用和精確的模擬應用。另外，該器件還包含可編程最大功率點控制 (MPPC) 功能，以確保從光伏電池等具較高輸出阻抗的電源提供最大功率。
LTC3119 3.3V、1.5MHz 寬輸入穩(wěn)壓器配置電路
LTC3119 包含4個內部低 RDSON N 溝道 MOSFET，提供高達95%的效率。突發(fā)模式操作可停用，以提供低噪聲連續(xù)切換。外部頻率編程或采用內部PLL實現(xiàn)同步使得可以在很寬的 400kHz 至 2MHz 開關頻率范圍內運行，這就允許在轉換效率和解決方案尺寸之間做出權衡。其他特點包括短路保護、熱過載保護、低于3μA的停機電流和一個電源良好指示器。該器件采用纖巧的外部組件，工作電壓范圍很寬，擁有緊湊的封裝，靜態(tài)電流也很低，因此非常適合RF電源、大電流脈沖負載應用、系統(tǒng)備份電源、以及甚至連接12V轉換系統(tǒng)的鉛酸電池。
很多便攜式醫(yī)療系統(tǒng)都需要用多個輸入源供電，包括單節(jié)或多節(jié)電池配置、交流適配器和超級電容器組。
本文小結
在不斷增強的健康意識推動下，人們開始關注測量生命體征參數(shù)以及追蹤這些參數(shù)的日常變化趨勢，因此便攜式醫(yī)療設備系統(tǒng)必定是大勢所趨。20年前，我們想象不到手機能夠成為提供各種各樣服務的隨身物品，但是如今的我們能夠預測未來，便攜式醫(yī)療設備系統(tǒng)一定會充滿我們的生活日常，如影隨行地監(jiān)測我們的健康狀態(tài)。從ADI提供的低功耗、診斷級性能、高集成度即小體積、完整的系統(tǒng)級醫(yī)療解決方案及專業(yè)技術服務等角度來看，這一天不會太遠了。