便攜式醫(yī)療電子在近幾年出現(xiàn)可觀的成長，獲業(yè)界廣泛的采納，市場許多新設(shè)立的企業(yè)持續(xù)推出新的衍生產(chǎn)品,。目前需要的是更好的可量產(chǎn)設(shè)計(jì),，提供較低的復(fù)雜度與可接受的效能水平，讓業(yè)者能壓低裝置的成本,。在設(shè)計(jì)醫(yī)療裝置時(shí),，業(yè)者要考慮的一些重要因素，包括選擇正確的部件來因應(yīng)規(guī)格,、功耗,、成本、尺吋等方面的要求,，以及通過美國食品及藥物管理局(FDA)的檢驗(yàn),。

　　典型的便攜式醫(yī)療電子系統(tǒng)，內(nèi)含的部件包括用來擷取數(shù)據(jù)的模擬前端部件,、用來調(diào)節(jié)信號的放大器與濾波器,、模擬對數(shù)字轉(zhuǎn)換器、收集使用者回饋的按鈕,、用來演算的微控制器以及用來連結(jié)液晶屏幕與USB連結(jié)端口的各種接口,。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，是把所有需要的部件置于電路板,，然而這種方式會增加整體材料清單,、PCB的復(fù)雜度以及設(shè)計(jì)周期。

　　由于外界可輕易對解決方案進(jìn)行逆向工程,，因此這些模擬部件會降低模擬IP的防護(hù)力,。便攜式醫(yī)療電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造，由美國食品及藥物管理局(FDA)監(jiān)管,，這意謂產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造必須準(zhǔn)確依循明文規(guī)定的流程,，其效能必須符合嚴(yán)格的紀(jì)錄、開發(fā)測試,、產(chǎn)品測試以及現(xiàn)場維護(hù)等規(guī)定,。

　　典型的血壓計(jì)采用一個(gè)壓差傳感器來量測手腕或手臂的血壓，這個(gè)傳感器的輸出信號僅有數(shù)微伏特(30μV～50μV),。輸出的血壓信號必須用一個(gè)有理想CMRR(共模拒斥比)的高增益儀表放大器加以放大,。通常理想的增益與CMRR分別為150dB 與100 dB。血壓信號的振蕩脈沖頻率,，介于0.1Hz～11Hz之間,，幅度為數(shù)百微伏特,。這些信號振蕩可運(yùn)用帶通濾波器來擷取出來，濾波器的增益約為200,，截止頻率為0.3Hz～11Hz,。一個(gè)速度達(dá)50Hz的10位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可用來對血壓傳感器與振蕩器的信號進(jìn)行數(shù)字化,。

　　典型的免接觸數(shù)字溫度計(jì)使用一個(gè)內(nèi)含嵌入在薄膜上微機(jī)器的溫差熱電堆的傳感器,，搭配熱電隅來量測熱電隅的溫度，并利用熱敏電阻來量測環(huán)境溫度,。熱電隅會產(chǎn)生一個(gè)直流電壓,，它的值與接頭的溫差有直接關(guān)系，熱電隅的輸出信號僅有數(shù)V,。熱電隅輸出的信號會透過這些低噪聲精準(zhǔn)放大器來加以放大,，運(yùn)用熱敏電阻與外部精準(zhǔn)參考電壓，做出一個(gè)分壓器,。

　　分壓器把熱敏電阻的電阻變化,，參照溫度數(shù)值，轉(zhuǎn)換成電壓的變化,。熱電隅與熱敏電阻的電壓,，用來計(jì)算熱電隅與周圍溫度。系統(tǒng)會運(yùn)用傳感器制造商提供的多項(xiàng)式函數(shù),，或根據(jù)有預(yù)存讀數(shù)的查表,，從電壓推算出溫度，周圍溫度加入到熱電隅溫度,，就能算出最終溫度,。

　　Segment LCD 驅(qū)動器、RTC,、按壓式按鈕,、EEPROM以及USB，是上述應(yīng)用所需的其它外圍部件,。

　　微控制器以外,，包括傳感器、ADC,、液晶屏幕驅(qū)動器/控制器,、USB控制器、濾波器,、放大器等,，都屬于外圍部件。這些部件透過GPIO或?qū)籴樐_連結(jié)至微控制器,。使用這些外圍部件會遭遇到許多限制與約束,，包括材料清單,、印刷電路板的復(fù)雜性、FDA要求檢驗(yàn)每個(gè)部件因而增加設(shè)計(jì)/開發(fā)時(shí)間,、降低模擬IP的防護(hù)力,。

　　在血壓計(jì)中運(yùn)用系統(tǒng)單芯片(SoC)能大幅簡化設(shè)計(jì)流程，一個(gè)SoC整合了產(chǎn)品需要的高增益儀表放大器,。運(yùn)用整合式模擬/數(shù)字濾波器，就能擷取出振蕩脈沖信號,。SoC內(nèi)的可調(diào)式ADC可用來執(zhí)行數(shù)據(jù)數(shù)字化,，內(nèi)建的CPU核心提供必要的處理功能，能執(zhí)行程序代碼更長的算法,。這種部件還整合了分段式LCD數(shù)字屏幕來顯示訊息,； 紀(jì)錄數(shù)據(jù)的EERPROM內(nèi)存；紀(jì)錄時(shí)戳的實(shí)時(shí)頻率,； 連結(jié)PC接口的全速USB,；從CPU取得數(shù)據(jù)的DMA，以及取代按鈕的觸控部件,。SoC內(nèi)的定時(shí)器能用來計(jì)算心跳速度,，以及處理安全功能。SoC亦支持大范圍的運(yùn)作電壓,，且消耗較少電流,，因此更適合使用電池的裝置。SoC內(nèi)的脈沖調(diào)變器可用來控制馬達(dá),。

　　SoC整合必要的放大器與ADC,，在紅外線溫度計(jì)內(nèi)用來偵測微伏特等級的變化。SoC內(nèi)部有精準(zhǔn)的參考電壓,，能為傳感器提供一個(gè)穩(wěn)定且精準(zhǔn)的參考訊源,。SoC內(nèi)建的其它功能包括Segment LCD 數(shù)字屏幕驅(qū)動器、EEPROM內(nèi)存,、RTC,、USB 接口、以及觸控感測等,。

　　如上所述,，SoC整合了大多數(shù)的外圍部件。如此業(yè)者可立即省掉為數(shù)可觀的部件,。使用這種芯片還能保護(hù)模擬IP,，因?yàn)樗心M部件都已整合在芯片內(nèi)。較少的部件數(shù)量,，意謂PCB更加簡化,、開發(fā)時(shí)間與上市時(shí)程亦更為縮短,。芯片內(nèi)各種外圍部件的功耗，可透過不同模式來單獨(dú)管理,，電源管理的工作變得簡單且有效率,。這些芯片的可調(diào)整彈性，在重新設(shè)計(jì)或變換解決方案時(shí),，能協(xié)助降低成本與作業(yè)時(shí)間,。更重要的是運(yùn)用系統(tǒng)單芯片，由于減少使用材料,，因此讓FDA檢驗(yàn)的程序更為簡單,。血糖計(jì)、脈動測氧器,、便攜式ECG心電圖裝置等,，這些便攜式醫(yī)療電子設(shè)備都可采用SoC。

　　舉例來說,，Cypress的PSoC 3/5產(chǎn)品(可編程系統(tǒng)單芯片)是針對各種可攜掌上型裝置量身打造,，例如血壓計(jì)、血糖計(jì),、以及脈動測氧器等,。PSoC3/5 結(jié)合 8051/ARM cortex M3核心，速度分別為33MIPS與100 DMIPS,，還有放大器,、2KB 的EEPROM、全速式USB 2.0,、以及許多其它功能,，因此建構(gòu)出真正單芯片的解決方案。再搭配 PSoC Creator IDE,，針對每項(xiàng)功能提供預(yù)先編程的可調(diào)式IP模塊,，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)師提供所有必要的工具，開發(fā)出微型化,、高度可編程的最終產(chǎn)品,，并達(dá)到極短的設(shè)計(jì)周期。PSoC 3/5部件的低功耗特性,，更適合支持掌上型醫(yī)療/生活休閑等電子產(chǎn)品,。