如何设计小型蓝牙医疗器械和可穿戴设备 - 降低外形尺寸和成本的七个设计概念

七个蓝牙设计概念

1. 集成式 AI/ML 加速器

机器学习 (ML) 允许根据现有模型处理大量传感器数据，以识别异常情况，并确定需要将哪些数据传输回云。 对于 EKG 等设备，如今的无线设备将所有收集到的数据传输回云进行处理和分析。通过识别设备上的关键数据，只需要传输回某些数据子集，节省宝贵的资源并延长电池寿命。

人工智能 (AI) 也可以用于原居安老等应用，在这些应用中，监测生命体征、查看数据变化、观察步态等，以及通常识别非正常模式，可以为提供者提供关键的诊断数据，并向护理人员和亲人触发救生警报，从而大大改善，甚至挽救患者的生命。

Silicon Labs BG24 蓝牙 SoC 为设备制造商提供了一个集成式 AI/ML 加速器，加快了 ML 推理速度，功耗更低，无需板载外部 ML 处理器。

2. 模拟外围设备

ADC 用于许多无线医疗器械和可穿戴设备，以实现传感器测量和电池电源监控。Silicon Labs 的多个蓝牙 SoC 采用了集成式模拟数字转换器 (ADC)，具有 12、16 和 20 位的高分辨率，可节省成本、尺寸、设计和测试工作。此外，与许多竞争解决方案相比，Silicon Labs 蓝牙解决方案可为 ADC 提供更高的有效位数 (ENOB)，从而实现更有效的采样。

对于采用基于离散模拟前端 (AFE) 解决方案的 CGM（和其他便携式医疗器械）制造商而言，ADC 和 DAC 是可在芯片上使用的两种关键功能，因此无需板载其他元件。Silicon Labs BG24 的 ADC 和 DAC 可与外部运算放大器耦合，形成一个完整的模拟前端，同时降低了在 CGM 设备上集成的成本、空间和复杂性。

3. DC-DC 转换器

DC-DC 转换器是电池供电医疗器械的一项重要功能。升压转换器允许 SoC 使用碱性和氧化银等低压电池，输入范围为 0.8 至 1.7 V，使蓝牙 SoC 能够在较低的电源电压下工作。降压转换器允许 SoC 使用其他 ~3V 电池，例如锂钮扣电池，它用于提高能源效率和电池寿命或减小电池尺寸。Silicon Labs BG27 包括这两种 DC-DC 转换器。

4. 电荷计量器

为了预测和防止在关键健康应用的使用过程中出现意外电池耗尽，库仑计数器可准确跟踪电池电量，以增强用户的安全和体验。Silicon Labs BG27 具有集成的库仑计数器，无需板载其他外部元件。

5. 低频 RC 振荡器

对于蓝牙 LE 2.4 GHz 应用，蓝牙 LE SoC 需要满足 ±500 ppm 的指定睡眠时钟精度。BG22 和 BG27 具有内部低频 RC 振荡器 32 kHz (LFRCO)，可根据设备上的 HFXO 进行自校准，以满足蓝牙 LE 要求。因此，设备制造商可以去除板载外部低频晶体，从而节省空间和 BoM 成本，除非应用需要更高的时钟精度。

6. 匹配网络

Silicon Labs 参考无线电板设计通常使用大量元件和多层来进行 RF 和 VDD 滤波，以便在最高输出功率级别下为设备制造商提供最佳 RF 性能。但是，医疗器械和可穿戴设备使用的功率级别较低，这意味着您可以减少设计中的 PCB 层和元件数量，同时保持可接受的 RF 性能。

通过优化 BG22、BG24 和 BG27 SoC 的 RF 性能，使其符合 ETSI 和 FCC 针对低功耗设备的规定，您可以减少旁路电容器、滤波器和天线匹配网络的数量，最多可减少 6-14 个元件，从而降低尺寸和 BoM 成本，同时满足 ETSI/FCC 要求。

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7. 功耗

将蓝牙设备的功耗降至最低，使设备制造商能够减小设备外形尺寸。在运行期间和优化睡眠模式 (EM2) 下的超低功耗，结合 BG27 中提供的 DC-DC 升压的 1.5v 电源，使设备能够安装一个极小的氧化银 1.5v 电池，从而最大限度地减小设备的整体外形尺寸。