可穿戴醫療設備選基于wi-fi模塊的電路設計解決方案優勢

　　連接技術正經歷著爆炸式發展，給人們的健康和保健帶來深遠影響。對于入門者來說，醫療設備已不必再把病人禁錮到醫院病床上，或者甚至是一臺醫療設施中;醫生現在可遠程監控放置在病人身上的設備，即使在飛機上也能進行調整。

　　這種進步在很大程度上歸功于手機、電腦、可穿戴外設和個人局域網(PAN)的不斷融合。從經濟角度來看，具有成本意識的保險公司正大力推動可穿戴醫療設備，因為對即將發生的情況提前進行探測和預測能夠減少病人的治療費用。

　　本文介紹利用現成Wi-Fi模塊進行可穿戴醫療設備的原型開發。這些設備可以加快實際醫療傳感器和電路的開發，并在需要時作為OEM解決方案，或者如果用作參考設計，在產品發布前將其吸納到電路板中。

 

　　為什么選基于wi-fi模塊?

　　在PAN中有多種相互競爭的有線和無線協議可供使用。無線解決方案包括Wi-Fi、ZigBee、藍牙、ANT+、6LoWPAN和Z-Wave。雖然這些協議都具有諸如功耗更低、協議復雜性和開銷更小、流量更少等實實在在的競爭優勢，但鑒于多方面的原因，Wi-Fi在占領醫療設備市場上處于最有利的地位。

　　其中一個原因就是相比其它幾個協議，Wi-Fi部署極為廣泛?，F在，咖啡廳、飯店，甚至是公共場所都安裝了Wi-Fi，這對于需要通過公共基礎設施直接連接云和專業醫療人員的醫療設備來說，無疑是一個理想的連接通道。采用可穿戴醫療設備時，這種直接通道在可穿戴主機電腦故障時可用作備用通道。

　　另一個原因是所有智能手機都普遍地支持Wi-Fi。也就是說，智能手機已成為可穿戴設備的計算和通信功能聚合器，為我們的醫療設備提供了一條通過3G/4G/5G等服務連接云的低功耗、不間斷鏈路。

　　另外，Wi-Fi具有基本的安全和加密功能。除了不希望任何人截取您的醫療數據或者入侵您的心臟起搏器外，例如采用IPv6時就會有足夠的IP地址用于唯一地識別每個人的設備。尋址已不是問題。

　　最后，目前有多種很好的現成Wi-Fi解決方案可直接用在芯片和模塊化形式的產品中。這樣，您就能充分利用這種技術，而不必深陷于技術本身的各種錯綜復雜的深奧理論中。現已有各種現成的樣例方案、代碼、布局和應用支持。

 

　　醫療設備考慮模塊

　　對于設計人員來說，把一個參考設計復制、粘貼到PCB上似乎是相當瑣屑的事情。畢竟這些設計的制造、測試和特征化過程已完成。會出現什么問題?

　　然而在現實世界中，因為影響RF性能的因素如此之多，所以即使是RF芯片制造商也可能不得不對其PCB演示板和開發板進行多次迭代處理。此外，欲使PCB通過測試就需要經過耗時、費錢的認證過程，每一次與RF無關的改動都可能導致需要重做PCB的風險。這會極大提高成本和風險，延長產品上市時間。

　　為原型開發和初始生產指定模塊是一個不錯的選擇。這些模塊最初提供FCC、TUV認證以及多個特定頻率，以求全球適用。此外，可對這些模塊進行測試，也可拋開其它系統元件對其單獨開發。這樣，尤其在因為各種材料非?？拷炀€而影響RF性能時，您就能測試外殼、間距、元件放置情況以獲得最高性能。

　　使用模塊的最大優勢之一是能夠同步進行設計。在RF模塊進行幕后開發的同時，即可進行主應用的設計、原型開發和測試。這會減輕一些壓力，因為即使初期產品生產也可利用OEMWi-Fi模塊進行，且這些模塊的成本非常合理。

 

　　發現模式

　　數據速率有助于確定哪種模塊最適合您。不是每一種應用都需要高速和大量電力。我們以支持11-Mbit/標準的MikroElectronika3.3V通用型MIKROE-1135Wi-Fi模塊為例。這種集成式PCB板天線的覆蓋距離為400m，且固件編碼式協議棧允許您的嵌入式微處理器通過標準UART與其通訊。這種咬接安裝式模塊可插入插座中，方便快速升級和裝配(圖1)，同時配備參考示意圖和代碼樣例。MikroElectronika還提供其模塊化Click™系列的其它RF模塊。

　　H&DWireless的HDG104-DN-2增加了54Mbit/s數據速率支持能力，是一款同時支持和g協議的模塊。工作電壓為，整個模塊采用類似于QFN44引腳SMT芯片的封裝，所占電路板面積僅。

　　該模塊的一個亮點是不需要進行RF調整，且設備利用已分配的MAC地址經過預校準。該模塊基于具有內部導引ROM的AtmelAVR處理器，可從主機系統獲取一個40MHz時鐘(或者如果為其增加一個本地振蕩器，可提供一個同樣的時鐘)，以使主機系統與所有必要的內部微處理器和RF頻率同步。該模塊還可為低功耗模式采用時鐘，這種情況下采用軟關斷段模式時的功耗為15mW。該器件確實使用一個外部天線并通過SPI進行串行通訊。該器件還具有數字式I/O(圖2)。

　　TexasInstruments也提供了一些可直接使用的54Mbit/sWi-Fi模塊，如WL1831MODGBMOCT模塊，這些模塊組合了Wi-Fi/g/n收發器與藍牙收發器。該模塊屬于WiLink™系列，基于TI的Sitara微處理器，并預先將支持Linux、Android、Wi-Fi和藍牙的堆棧和軟件與AM335x開發套件集成在一起。

　　其它幾個可以直接使用的競爭產品如Microchip的RN171XVS-I/RM通用型54Mbits/sWi-Fi模塊、采用表面貼裝電路板的54Mbit/sH&DSPB800-BCP1。此處最值得注意的是，能使具有UART或RS-232連接功能的任何設備以無線方式連接互聯網或者局域網。

 

　　速度更快

　　Murata推出一款稍快的器件——數據速率為65Mbit/s的TN型/g/n和藍牙組合模塊LBEE5ZSTNC-523。Murata還有一個能將醫療設備與藍牙以及甚至是與900MHz無線電連接的RF模塊，可實現更大的覆蓋范圍和更強的穿墻能力(圖3)。

　　Inventek提供一款很吸引人的UART饋入式ISM43362-M3G-L44-E-C2..2模塊，用于/g/nWi-Fi且帶有微帶天線，也能連接外部天線(圖4)。該器件也可進行簡單的串行通訊，但憑借多個SPI、UART和USB端口，該器件本身就可作為一個微型集線器(注意，也可作為模塊上的A/D轉換器，用于混合信號功能)。

　　BlueGiga有一個WF111和WF121Wi-Fi模塊系列，這些器件帶或不帶外部天線，如72Mbit/sWF111-E帶外部天線，而WF121-A采用內部天線。擁有更快的數據速率，達到了150Mbit/s，是一款采用外部天線的通用型/g/n/模塊。集成式RT3070單芯片解決方案使用接口，集成了一個150Mbit/s的PHY，且完全符合草案和特性集要求。請注意，為使該零件發揮全部性能，需要采用300或400-MIPS進程進行充分驅動。到目前為止，32位ARM和x86架構已利用該模塊通過測試，就像64位x86處理器一樣。

　　總結

　　醫療設備方案服務商在病人使用和醫生使用的健康產品開發領域是專家，但未必同樣精通無線通訊技術。這就是為什么模塊化解決方案能讓這些制造商更輕松地設計其無線版醫療傳感器或治療系統。在一個團隊在努力開發最優醫療解決方案同時，另一個團隊就可開發必要的低成本RF鏈路。這樣就能提供一個風險最低、成本可能更低且更快速面市的解決方案，在需要重復進行FCC認證測試時尤其如此。