電池醫(yī)療設備供電管理中的TMR磁傳感器
Reliably powering on a battery-operated medical device
電池供電、無線連接的設備在當今社會越來越普及。在無線和電池技術進步的推動下,再加上耗電更少的電子元件不斷萎縮,以及隨時準備收集、分析和傳播數(shù)據(jù)的云端服務,這些設備普遍存在于消費、醫(yī)療和可穿戴設備以及商業(yè)和工業(yè)應用中。
無論該設備是可穿戴式連續(xù)血糖監(jiān)測儀(CGM)、可攝取或植入式醫(yī)療設備,還是智能家居設備、資產跟蹤器或環(huán)境監(jiān)測器,都具有體積小、壽命長、可靠性高、使用方便等共同要求。這些產品的設計者面臨的一個主要問題是在需要時打開設備電源。
只有在需要時才給物聯(lián)網(wǎng)設備供電(或在部署前保持斷電)至關重要,因為設計者希望使用最小、成本最低的電池。因此,延長電池壽命一直是一個設計目標;在使用過程中以及在通電之前,電池的耗電量必須最小化。
一個流行的例子是給1型或2型糖尿病患者開的CGM。該裝置附著在患者身體上,持續(xù)監(jiān)測患者的血糖水平。結果數(shù)據(jù)被無線傳輸?shù)交颊摺⑨t(yī)生和/或胰島素泵。CGMs必須非常小,“防水”,易于連接,并且在電池電量耗盡前具有相當長的壽命。
在使用或部署時為這些設備供電有三個基本選項。對于每個選項,需要考慮的基本變量是電池電流消耗、尺寸、入口保護和用戶友好性。
圖1:TMR磁傳感器在超小型封裝尺寸中幾乎提供零功耗,其非接觸式“通電”功能提高了易用性。
第一個“通電”選項是機電式的,或者是普通的“開關”。這個選項是大多數(shù)電池供電的電子設備,如筆記本電腦和電話。盡管開關有多種形式(如按鈕、滑塊或撥動),但工作原理相同,即打開和關閉機械觸點,以允許電流流動(閉合時)或完全阻止電流流動(打開時)。
對于電流消耗的首要考慮,機電開關是一種不消耗電力的無源器件,因此效率很高。然而,就尺寸而言,機械開關是一個糟糕的選擇,尤其是考慮到許多可穿戴、可攝取和植入式醫(yī)療設備以及其小型物聯(lián)網(wǎng)設備的尺寸限制。
就進入保護而言(或需要一個不透水和防潮的設備),機械開關不是最佳選擇,因為設計一個可以由用戶機械移動到開/關位置,同時保持不透水性的開關是一個挑戰(zhàn)。
最后,出于兩個原因,考慮到用戶友好性或易用性,機械開關的使用率很低。首先,由于用戶必須實際采取這一步驟(而且許多設備需要得到指示才能這樣做),因此對許多設備的要求是“開箱即用”即與手動操作的開關明顯沖突。其次,一個非常小的機械開關,需要一個非常小的設備,可能會對用戶實際將開關移動到打開位置的能力造成問題,從而降低可用性。因此,總的來說,機械開關在電流消耗方面得分很高,但相對于入口保護、尺寸和易用性來說非常低。
無線開機是分析的第二個選項。因為這些設備已經具備了傳輸數(shù)據(jù)的無線功能,所以從技術上講,設計者可以使用同樣的無線功能,從移動電話應用程序為設備供電。
從入口保護的角度來看,無線供電的評價非常高。而且從尺寸的角度來看,無線供電也有很高的價格,因為沒有更多的東西可以添加到設備中來實現(xiàn)這一功能。
然而,從電流消耗的角度來看,無線開機得分非常低,因為設備內部的無線接收器必須通電才能接收到通電的信號。僅出于這個原因,無線開機很少用于對電池壽命有嚴格要求的設備。
圖2:技術比較
第三種選擇是使用設備內部的磁性傳感器來啟動通電功能。在這種情況下,向傳感器施加磁場以觸發(fā)通電。磁場通常由位于產品包裝內或設備的輔助部件(例如CGM的應用程序)中的磁鐵產生。用戶也可以用手持式磁鐵在設備上滑動來施加磁場。
磁感應在入口保護方面得分很高(因為是一種“無接觸”的方法)。磁感應在易用性方面得分也非常高,尤其是當磁鐵可以嵌入設備包裝(實現(xiàn)“開箱即用”電源)或設備的輔助部件(如治療探頭)時。有時,設備本身被設計成兩個組件,在部署時必須連接在一起。
從電流消耗和尺寸來看,磁感應的可取性完全取決于磁感應技術。更古老、更傳統(tǒng)的磁感應技術類型要么體積小但功耗高(霍爾效應),要么體積大而功耗低(簧片開關)。
然而,許多新器件都采用了一種新的磁感應技術,稱為隧道磁阻(TMR),這種技術具有體積非常?。ㄈ鏛GA-4一樣?。┖蜆O低的功耗,類似于簧片開關。實際上,TMR磁傳感器提供了“兩個世界中最好的特性”
隨著當前旨在使生活更輕松、更安全、無接觸和/或可遠程操作的新設備的不斷涌現(xiàn),電子設計人員不得不采用新技術來滿足電池驅動的可穿戴設備、植入式設備、可攝取設備和其物聯(lián)網(wǎng)設備不斷發(fā)展的需求。在與小尺寸、低功耗、入口保護和易用性相關的最佳性能方面,磁性傳感器——尤其是TMR傳感器技術——正在幫助實現(xiàn)“不可能”的設計。
Coto的TMR磁傳感器以其卓越的性能,超低的功耗,較高的可靠性,在連續(xù)式血糖儀CGM,膠囊內窺鏡,便攜式AED等電池醫(yī)療設備中廣泛應用,產品選型可點這里。
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