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医疗市场中可穿戴技能的电路保护

发布时间:2018-12-15 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    医疗市场中可穿戴技能的电路保护作者: 本刊编辑部   我们真的明白自己吗?我认为普通的现代汽车所能提供的关于其运行状态的实时反馈比我们对自己身体健康状态的明白要多的多。我自己的汽车安装有传感器和指示器,能够监测并汇报车辆使用中的一切情况,包括发动机温度、燃油效率、驾驶员和乘客平安带使用状态以及环境光线和温度条件。而与此变成鲜明对比的是,能显示人们自身问题的显示器(即使令人不快)却相当有限。显然,任何人都知道发烧、咳嗽、打喷嚏或某些程度疼痛的症状。只管设备制造商不时在设备中纳入更高水平的自我诊断和预防维护的例行程序,在监控我们自己身体素质方面,人类依然步履缓慢。
  很明显,这种情况对优化人们生活质量的理想还差很远。接近实时地对“出界”的参数(血糖、心率等)进行识别在削减主要健康问题的影响方面将大有帮助。有了这些识别信息,使我们可以采取积极的措施,抑制住我们身体中出现的临界参数。那么,如果不成天把自己和诊断设备连接在一同,我们又怎么能获得这些信息呢?这种层面上的监测会不会太浪费时间而又具有侵入性呢?
  在未几之前,这些问题的答案将是肯定的。任何想要获得即使是最基本的信息的人必须向医疗专业人员求助或使用侵入性工具(如使用柳叶刀采一滴血放入血糖仪中检测)。采集生理数据相关的费用、时间、可用性,以及不便性一直以来都困扰着人们。
  构建更好的健康监测器
  如果有一种更好的方法,情况会如何?真相表明,我们即将迎来健康监测的革命。“量化自我”运动承诺帮助对明白自己身体和健康参数感兴趣的人们,以使他们可以持续方便地这样做。总之,量化自我是一个观念,利用电子传感器检测一个人的生理参数以实时明白其身体的当前状态(心率、葡萄糖、水合作用、耗氧量、睡眠模式、卡路里摄取等)。
  最后的指标是使人们按照他们的生理信息行事以改善自身健康、精神状态等。过去,我们一直视自己的身体为“黑匣子”,必须对其做出回应而不是被实时明白。实时明白(通过生理监测获得)将使我们可以改变我们的行为以达到理想的状态(降低血压、减肥、从伤病和手术中快速恢复等)。如果没有这些关于身体当前状态的信息,很难制定打算并进行下一步安排。然而,如果这些信息一应俱全,将会使人们可以更快地达成指标。即使是大略的行动,像选择走楼梯而不乘电梯,不喝含糖饮料改为喝水,都将有一个可衡量可识别的影响,这都有利于我们拥有更好的身体。
  幸运的是,并入生理传感器的可穿戴技能越来越多地出如今我们的生活中。新一代的监测装置将可被穿戴在身体上,使用者再也不用被迫将仪器(如血糖仪)装入口袋随身携带了(见图1)。这些医疗传感器几近透明的纳入,将使人们接近实时地对其自身状态进行监测,使他们在一天的过程中积累更多的数据点。
  现在市场上已经出现这种方法的各种实例,包括用来测量行走距离、脉搏等数据的腕带、专为体能训练时使用的不显眼的内衣(汗衫、文胸等),可收集如脉搏、呼吸频率、姿势和距离等参数的数据。
  只管这些监测方案很有帮助,最大的突破还在后面(见图2)。试想一下,如果糖尿病人为了调整胰岛素使用量,在一整天的时间里无须多次刺破手指来检测血糖,不但能免除进行测量而带来的疼痛,也能够使收集这种重要的参数数据得以更频繁的进行。糖尿病人能够借此在长期内更有效地抑制他们的血糖水平,延缓或阻止该疾病产生最严重的后果。
  德国的研讨人员已经开发出一种方法,使用红外激光和一种被称为光声光谱法的技能透过皮肤对血糖水平进行测定。同样,以色列和荷兰的研讨人员正在开发一种选取激光、磁铁和摄像头的可穿戴设备,使用“斑点”效应来对血糖浓度进行测量。“斑点”效应指的是当激光从不平坦的表面反射或从不透明的物质上散射回来时图像上所产生的粒状干涉图样。这两种方法都是非侵入性的,可能在某一天为糖尿病的诊断、监测和治疗带来革命性的变化。
  避免破坏性放电
  显然,这些新技能的开发和选取有望改善数据采集,而最后惠及使用者的健康。但是,这些系统最后将被贴近皮肤穿戴的真相既是其最大的优点,也是其潜在的弱点,其原因在于它们将始终暴露于使用者自身产生的静电,在没有适当保护的情况下能够使其产生故障。不幸的是,偶尔只需轻轻一碰就能够引起一次静电放电(ESD)瞬态。任何传感器电路、按钮、电池充电接口、或者数据输出/输入端口都能够为静电放电提供路径进入可穿戴设备。
  对于可穿戴设备制造商来说幸运的是,基于半导体技能的静电放电保护元件供应商为改善这些解决方案的能力正进行着不懈的努力。电子产品公司不时投资开发新工艺,以提高他们保护产品的本能。最新的元件创新技能包括:
  降低钳位电压,保护最敏感的电路:在静电放电事件中,静电放电保护器的主要事务是尽可能地分流和消散尽可能多的静电放电瞬态脉冲。通过削减通态电阻(常常称为“动态电阻”)能够提高这种特性。通过削减动态电阻,静电放电保护器所承载的瞬态电流将大幅高于被保护电路中的电流。如此,其削减了集成电路上的静电应力,并确保其免于损坏。例如,能够选用动态电阻值低于0,1的瞬态电压控制二极管阵列,以提供最好的保护本能。
  更低的电容,避免干扰高速数据传输:虽然电路保护是静电放电保护器件的主要目的,然而起到这层效果的同时,还应不会对受保护电路的日常运转造成干扰。为了确保信号的完整性,静电放电保护器的电容必须在不影响保护水平的前提降落至最低。
  更小的外形尺寸,符合可穿戴设备有限的电路板空间:不管一种保护器件的本能有多么优良,如果对其所要保护的应用不适配,也不会特别有用。可穿戴式医疗设备将会朝着越来越薄越来越小的方向发展(手表、腕带、胸带等)或者直接被植入到衣服中,因此,留给静电放电保护解决方案的空间将会很小。分立二极管将是理想的选择,能够为设计人员带来卓越的电路板布局灵活性。例如,在要求削减元件数量和保护器件占用面积的应用中,图3所示的二极管能够在节省空间的0.94mm×0.61mm封装中置入5个双向保护通道。
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