隨著人們對自身健康狀況的日益關(guān)注，便攜式超聲波診斷設(shè)備、血壓計、血糖計等個人健康監(jiān)護設(shè)備開始獲得市場青睞。醫(yī)療電子技術(shù)不斷發(fā)展，不同的醫(yī)療設(shè)備具有不同的技術(shù)發(fā)展趨勢。即便同類設(shè)備，也會因為產(chǎn)品的具體應(yīng)用而有不同的技術(shù)要求和發(fā)展方向。例如，超聲臨床設(shè)備要求低噪聲、寬動態(tài)范圍等高性能指標(biāo)；而便攜系統(tǒng)則要對性能和功耗進行權(quán)衡，為了滿足便攜性需求，要求器件具有低功耗和高集成度特性。便攜式保健產(chǎn)品則要求保持良好的可重復(fù)性，產(chǎn)品在整個工作溫度范圍、工作電壓和使用周期內(nèi)具有極低的漂移。

　　如何選擇恰當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體器件實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計，以滿足便攜式醫(yī)療電子產(chǎn)品在功耗、性能和價格等方面的要求，已成為醫(yī)療設(shè)備制造廠商面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。半導(dǎo)體技術(shù)的進步有力促進了醫(yī)療電子設(shè)備向低功耗、小尺寸、高集成度的方向發(fā)展。半導(dǎo)體廠商需要全面分析具體系統(tǒng)的規(guī)格要求和不同參數(shù)在系統(tǒng)中的重要性，以便提供高性價比的解決方案。

　　降低系統(tǒng)功耗

　　圖 1（圖1必須放）所示為通用便攜式醫(yī)療設(shè)備的原理框圖，該系統(tǒng)需要大量的功能電路：從采集傳感器輸出的模擬前端到顯示結(jié)果的顯示器控制、電池充電、電源管理等?；谶@種架構(gòu)的便攜式醫(yī)療設(shè)備要求低功耗和較寬的工作電壓范圍（直接由電池供電），為了簡化設(shè)計、減小產(chǎn)品尺寸，要求器件具有極小的封裝外形。

　　圖1. 通用便攜式醫(yī)療設(shè)備原理框圖。圖中黃色區(qū)域可由MAX1359單芯片數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)實現(xiàn)。

　　為了滿足系統(tǒng)功能要求，Maxim開發(fā)出多種產(chǎn)品，從基于低功耗微處理器的數(shù)據(jù)采集器到有效延長電池壽命的低功耗電源管理電路。為了簡化系統(tǒng)設(shè)計、減少器件數(shù)量、降低系統(tǒng)功耗，Maxim推出了高度集成的混合信號微處理器，以及智能化更高的電池和電源管理芯片。

　　提高測量

　　便攜式醫(yī)療設(shè)備需要頻繁測量溫度，以便修正傳感器的溫度特性。溫度測量器件有多種選擇，例如：熱敏電阻、PN結(jié)、提供線性輸出的集成電路等。器件的選擇取決于尺寸、成本、功耗以及等多項指標(biāo)。提高傳感器的是改善便攜式醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵。

　　以血糖儀的檢驗系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)利用電化學(xué)反應(yīng)檢測病人的血糖度，測試對溫度的變化非常敏感。因此，需要對環(huán)境溫度進行測量以修正室溫測量參數(shù)。另外，還需要避免儀器工作在超出范圍限制的溫度之外，這一點對于便攜產(chǎn)品尤其重要，因為這些產(chǎn)品常常工作在炎熱或寒冷的室外環(huán)境。

　　圖1所示通用系統(tǒng)框圖同樣適合血糖儀測量，傳感器端口用于連接血糖電化學(xué)反應(yīng)測試條，溫度傳感器用于測量環(huán)境溫度，該傳感器可以采用外部器件，也可以使用芯片內(nèi)部的傳感器，或者對兩者的溫度都進行測量。

　　降低系統(tǒng)成本

　　單芯片溫度傳感器是低成本應(yīng)用的理想選擇。為了降低系統(tǒng)成本，可以利用芯片的內(nèi)部溫度傳感器進行校準(zhǔn)，補償血糖傳感器所處位置的外部溫度。系統(tǒng)可利用測量值修正傳感器溫度，提供讀數(shù)。溫度讀數(shù)對應(yīng)于二極管的實際結(jié)溫，對于連續(xù)監(jiān)測溫度變化的系統(tǒng)，可以直接使用溫度讀數(shù)。對于需要獲得封裝外部溫度的應(yīng)用，需要對讀數(shù)進行調(diào)整才能得到更準(zhǔn)確的數(shù)值。

　　校準(zhǔn)的關(guān)鍵因素在于，保證溫度傳感器測量的是葡萄糖測試反應(yīng)發(fā)生處的溫度，即葡萄糖測試條所處位置。測試設(shè)備應(yīng)該考慮到任何影響產(chǎn)品的溫度偏差。

　　MAX1359數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　MAX1359是16位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用節(jié)省空間的40引腳TQFN封裝，3.3V供電時僅消耗1.7mA的電流，用于實現(xiàn)模擬接口、信號采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，非常適合于便攜式醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用。MAX1359數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可實現(xiàn)圖1中黃色標(biāo)記的功能模塊。

　　MAX1359 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)部的二極管結(jié)可用于校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，利用二極管的I-V特性測量溫度，為了提高測量，將校準(zhǔn)系數(shù)存儲在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)部，修正讀數(shù)誤差，以獲得。校準(zhǔn)系數(shù)可以存儲在芯片內(nèi)部，也可以存儲在主處理器的非易失存儲器中，上電時裝載到芯片內(nèi)。

　　MAX1359的內(nèi)部溫度檢測器可以測量內(nèi)部二極管結(jié)的溫度，也可以測量外部溫度傳感器的溫度，存儲在芯片內(nèi)部的兩個常數(shù)（GS、OS）用于修正內(nèi)部結(jié)溫變化以及其他電路偏離理想狀態(tài)時所產(chǎn)生的誤差。

　　圖2. 二極管結(jié)溫的變化量取決于Vsense+和Vsense-之間的電壓變化

　　圖3. IC內(nèi)部二極管結(jié)溫和環(huán)境溫度模型

　　MAX1359 測量的是內(nèi)部結(jié)溫（圖2），圖3給出了一個常見的與結(jié)溫Tj相關(guān)的模型，圖3中TA為環(huán)境溫度、Tc為管殼溫度。該模型中，將溫度特性轉(zhuǎn)換成等效電路 （注：工廠可以將芯片置于恒溫油槽，將TA和Tc強制在相同溫度對芯片進行校準(zhǔn)）。一旦芯片安裝在電路板上（圖4），MAX1359的Tj將取決于以下因素：

　　* PCB溫度

　　* PCB周圍的環(huán)境溫度

　　* PCB封裝的導(dǎo)熱性

　　* MAX1359的功耗

　　* PCB的耗散功率

　　* 產(chǎn)品工作的環(huán)境溫度

　　* 產(chǎn)品與周圍環(huán)境的隔熱層

　　圖4. 安裝在電路板上的MAX1359的溫度模型

　　上述因素直接影響MAX1359內(nèi)部溫度Tj與MAX359外部測量點溫度的差異，這意味著利用器件測量的Tj只是實際溫度Text的估算值Test，值得慶幸的是，可以通過一些測試手段縮小Tj與Text之間的誤差。

　　可以利用一個簡單流程修正產(chǎn)品規(guī)格的偏差，圖5所示的工作表給出了修正流程。修正系數(shù)（GS、OS）儲存在MAX1359內(nèi)部（TEMP_CAL寄存器），可通過SPI總線從芯片內(nèi)部讀取這些數(shù)值。利用下式計算修正后的數(shù)據(jù)：

　　Testimate （℃） = Tmeas （℃） x Gs + Os （℃）

　　利用修正系數(shù)將測量值Tj轉(zhuǎn)換為實際溫度的估算值，測量產(chǎn)品的溫差需要兩個參數(shù)：MAX1359估算的溫度值（見圖5中的C）和產(chǎn)品外部的實際溫度（見圖5 中的A）。實際溫度由高傳感器、測試儀表得到。根據(jù)A和C可以計算出D值，產(chǎn)品的溫差（通常在0℃~+6℃之間）。

　　圖5. 跟據(jù)存儲的校準(zhǔn)系數(shù)計算溫差的修正值

　　需要按照該流程進行重復(fù)測試，以確保獲得的參數(shù)在不同測試環(huán)境、同一系列的儀器下保持穩(wěn)定。如果不能得到穩(wěn)定的溫差值，則需針對每臺設(shè)備提供定制參數(shù)。在能夠獲得穩(wěn)定參數(shù)的情況下，可以將數(shù)值直接存儲到硬件電路，以便固件調(diào)用。如果不能得到穩(wěn)定的數(shù)值，則需將數(shù)值存儲到每臺設(shè)備的非易失性存儲器內(nèi)。利用D值計算經(jīng)過校準(zhǔn)的外部溫度。