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

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。A Boost Converter allows an SoC to operate with lower-voltage batteries like alkaline and silver oxide with an input range of 0.8 to 1.7 V, enabling a Bluetooth SoC to operate from the lower supply voltages. 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。BG22 と BG27 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 BG22、BG24、BG27 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。

To learn how to reduce device size, development time and costs withouth compimising RF performance, download the whitepaper: Antenna Design for Small Bluetooth Devices