可穿戴式醫(yī)療系統(tǒng)芯片結(jié)構(gòu)

　　基于無線通信技術(shù)的可穿戴式醫(yī)療芯片的總體結(jié)構(gòu)，一般由生理信號(hào)采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(ADC)、數(shù)字信號(hào)基帶處理電路、控制器、發(fā)

　　射接收電路幾部分組成。首先，由信號(hào)采集低噪聲儀表放大器電路對(duì)人體的生理數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后將獲取的生理信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換，量化生成易處理的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過編碼、FFT等數(shù)字信號(hào)處理后，通過發(fā)射電路發(fā)送出去。同時(shí)，外界控制信號(hào)、數(shù)據(jù)也可以通過芯片上的接收電路接收�？刂破饔脕砜刂普麄�(gè)芯片的工作，并可以通過對(duì)控制器的編程，滿足不同的應(yīng)用需求。通常，一款高性能的可穿戴式醫(yī)療芯片由高性能的數(shù)字、模擬和射頻部分組成，尤其是模擬和射頻部分的性能好壞，直接影響芯片的整體性能。而醫(yī)療芯片模擬和射頻收發(fā)器部分顯然是整個(gè)芯片中功耗大的部分，因此設(shè)計(jì)這兩部分電路時(shí)，設(shè)計(jì)者通常要在低功耗、高性能兩方面進(jìn)行權(quán)衡。下面，介紹典型的可穿戴式醫(yī)療系統(tǒng)芯片的各個(gè)組成部分。

　　1.1 生理信號(hào)采集低噪聲放大器

　　生理信號(hào)的采集一般通過片上集成的生物傳感器采集得到。為了方便集成，傳感器采用CMOS工藝的低噪聲放大器實(shí)現(xiàn)，可將生物信號(hào)轉(zhuǎn)成生物電信號(hào)。為了同時(shí)得到多種生理信息，在芯片上可集成多個(gè)不同功能的放大器形成多通道，以采集血壓、血氧飽和度、呼吸速率、心跳、體溫等體征參數(shù)。由于人體的生理信號(hào)比較微弱，容易受到周圍環(huán)境的噪聲干擾，所以放大器要做到高靈敏度、高增益、低噪聲、低功耗；同時(shí)，在放大器后使用截止頻率在1kHz左右的低通濾波器，以進(jìn)一步濾除生物電信號(hào)以外其他頻率的干擾噪聲。放大器可以設(shè)計(jì)成多種工作模式，如****、工作和睡眠等模式，以便減少芯片功耗。

　　 1.2 AD轉(zhuǎn)換器(ADC)

　　前置的多通道生理信號(hào)采集放大器采集多種生理信息，通過模擬多路復(fù)接器連接到ADC的輸入端口，模擬多路復(fù)接器一次只能選擇一個(gè)前置放大器的輸出。為了減小功耗，通常ADC選取逐次逼近的結(jié)構(gòu)，位數(shù)為10 bit左右。為了提高精度和轉(zhuǎn)換速率，也可以采用sigma-delta或者流水線型結(jié)構(gòu)的ADC，其位數(shù)越高，轉(zhuǎn)換速率越高，但是功耗也較大，而設(shè)計(jì)可穿戴醫(yī)療芯片，低功耗是關(guān)鍵。另外，ADC的單位電容要選取得當(dāng)，選取太大會(huì)很占芯片面積，同時(shí)也要考慮盡量減少寄生電容對(duì)單位電容的影響。

　　 1.3 控制器

　　芯片可采用ARM核、MCU作為控制器，通過總線對(duì)芯片其他部分電路的工作模式進(jìn)行控制；可以控制數(shù)據(jù)的工作時(shí)序，對(duì)寄存器進(jìn)行配置，并控制芯片其他部分占用數(shù)據(jù)總線實(shí)時(shí)通信。

　　 1.4 數(shù)字信號(hào)處理基帶

　　為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎蜏?zhǔn)確性、安全性，ADC輸出的數(shù)字信號(hào)需要經(jīng)過數(shù)字信號(hào)機(jī)基帶處理器，進(jìn)行數(shù)字壓縮和編碼，也可以通過FFT變換、數(shù)字濾波，進(jìn)一步濾除干擾頻率噪聲。