device maker小型 Bluetooth 医療機器およびウェアラブルを設計する方法 – フォームファクターとコストを削減するための 7 つの設計コンセプト

2023 年 10 月 11 日 | Mikko Nurmimaki | この記事は 3 分で読めます

小型で難易度の高いフォームファクターを持つBluetooth医療機器を構築することは、市場から最小のハードウェア・コンポーネントを選ぶことだけではありません。また、部品表(BOM)を最適化することで、製品のサイズとサイズを削減することもできます。Silicon Labs の統合型 Bluetooth SoC とモジュールを使用すれば、医療アプリケーションに必要なさまざまな周辺機能や機能を搭載し、PCB フットプリントを大幅に削減し、設計の柔軟性を高め、コストを削減できます。

Silicon Labs は数十年にわたり、多くの医療機器メーカーと協力をしてきました。このような成功したエンゲージメントの結果、当社はワイヤレス医療アプリケーションに関連する数々の機能を開発し、それを Bluetooth SoC やモジュールに統合しました。このブログでは、医療用アプリケーションの PCB フットプリント、設計コスト、BoM を節約できる 7 つの効果的な Bluetooth 設計コンセプトについて説明します。

 

Silicon Labs の Bluetooth ソリューションは、最高の PSA レベル3 認証と、コネクテッド糖尿病デバイスのサイバーセキュリティ基準である DTSec を備えた、堅牢なセキュリティを特長としています。

7 つの Bluetooth 設計コンセプト

1. 統合型 AI/ML アクセラレータ

機械学習 (ML) は、既存のモデルに対して大量のセンサーデータを処理することで、不規則性を特定し、クラウドへの送信に必要なデータを特定できるようにします。 今日、EKG のようなデバイスでは、無線デバイスは、処理と分析のために収集されたすべてのデータをクラウドに送信します。デバイス上の主要データを特定することで、特定のデータサブセットのみを送り返す必要があるため、貴重なリソースを節約し、電池寿命を延ばすことができます。

人工知能 (AI) は、高齢化社会での活用などさまざまなアプリケーションに利用できます。そこでは、バイタルの監視、データの変化の観察、歩行などの観察、一般的に標準外のパターンを特定するなど、医療提供者に重要な診断データを提供し、介護者や親近者に救命の警告を発し、患者を劇的に回復させ、命を救うこともできます。

Silicon Labs の BG24 Bluetooth SoC は、より高速で電力効率の高い ML 推論を備えた統合型 AI/ML アクセラレータをデバイスメーカーに提供し、ボード上の外部 ML プロセッサの必要性を排除します。

 

2. アナログ周辺機器

ADC は、多くのワイヤレス医療機器およびウェアラブルで使用されており、センサー測定や電池残量の監視を可能にします。Silicon Labs の Bluetooth SoC には、12 ビット、16 ビット、20 ビットの高解行像度の統合型 ADC が搭載されており、コスト、設置面積、設計、テスト作業を節約できます。さらに、Silicon Labs の Bluetooth ソリューションは、多くの競合ソリューションと比較すると、ADC の有効ビット数 (ENOB) が高く、より効果的なサンプリングを可能にします。

ディスクリート・アナログ・フロントエンド (AFE) に基づいたソリューションを備えた CGM メーカー (およびその他のポータブル医療機器) にとって、ADC と DAC はオンチップで利用できる 2 つの極めて重要な機能であり、ボードに追加のコンポーネントを使用する必要がありません。Silicon Labs の BG24 は ADC と DAC を外部オペアンプと組み合わせることで、CGM デバイス上で統合のコスト、スペース、複雑さを低減した完全なアナログ・フロントエンドを形成することができます。

 

3. DC-DC コンバータ

DC-DC コンバータは、電池駆動式の医療機器にとって価値の高い機能です。昇圧コンバータにより、SoC は0.8 ~ 1.7V の入力範囲のアルカリおよび酸化銀などの低電圧の電池で動作し、Bluetooth SoC は低供給電圧から動作できます。降圧コンバータは、SoC がリチウムコイン型電池などの他の約 3V 電池と動作することを可能にし、エネルギー効率と電池寿命の向上、または電池サイズを縮小するために使用されます。Silicon Labs BG27 には、これら両方の DC-DC コンバータが含まれています。

 

4. クーロン・カウンタ

重要なヘルス関連アプリケーションの使用中に、予期しない電池の消耗を予測し防止するために、クーロン・カウンターは正確な電池レベルの追跡を可能にし、ユーザーの安全性と経験を向上させます。Silicon Labs BG27 は、統合型クーロン・カウンターを備えており、ボード上の他の外部コンポーネントは必要性を排除します。

 

5. 低周波数 RC オシレータ

Bluetooth LE 2.4 GHz アプリケーションの場合、Bluetooth LE SoC は、±500 ppm の指定されたスリープクロックの精度を満たす必要があります。BG22BG27 は、Bluetooth LE の要件を満たすために、デバイスの HFXO に対して自己校正できる内部低周波数 RC 発振器 32 kHz (LFRCO) を備えています。その結果、デバイスメーカーはボード上の外部低周波数水晶を排除し、アプリケーションがより高いクロック精度を必要とする場合を除き、スペースを開放し BoM コストを節約できます。

 

6. マッチング・ネットワーク

Silicon Labs のリファレンス無線基板の設計では、通常、RF や VDD フィルタリングに多数のコンポーネントと複数のレイヤーを使用して、デバイスメーカーに最高の出力電力レベルでも最高の RF パフォーマンスを提供します。しかし、医療機器やウェアラブルはより低い電力レベルを使用するため、許容可能な RF 性能を維持しながら、PCB 層や素子の数を設計から減らすことができます。

低消費電力デバイスの ETSI および FCC 規制に合わせて BG22BG24BG27 の SoC の RF 性能を最適化することで、合計で最大 6~14 個のコンポーネントでバイパス・コンデンサ、フィルタ、アンテナ・マッチング・ネットワークの数を削減し、フットプリントと BoM コストを削減しながら、ETSI/FCC 要件をサポートできます。

BG22、BG24、および BG27 用にサイズとコストを最適化した Bluetooth ソリューションについての詳細をご覧ください。

 

7. 消費電力

Bluetooth デバイスの消費電力を最小限に抑えることで、デバイスメーカーはより小さなデバイスのフォームファクターを実現できます。動作中と最適化されたスリープモード (EM2) の両方での超低消費電力を、BG27 で提供されている DC-DC Boost による 1.5v 電源と組み合わせることで、非常に小さな酸化銀 1.5v 電池をデバイスに取り付けることができ、デバイスの全体的なフォームファクターを最小限に抑えます。

低消費電力の利点の詳細については、Silicon Labs BG27 超低消費電力 Bluetooth WLCSP チップを使用するLura Health の世界最小のウェアラブル・デバイス、スマート・トゥース・インプラントのケーススタディをご覧ください。

 

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ワイヤレス担当シニア・マーケティング・マネージャー
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