醫(yī)療電子用低功耗2.4GHz收發(fā)器及其設(shè)計(jì)

穿戴式監(jiān)控系統(tǒng)，如健康秤、血壓監(jiān)控器和峰值流量?jī)x等各種健康設(shè)備能夠及時(shí)提供促進(jìn)性反饋信息，鼓勵(lì)個(gè)人行為的改變。用戶可以在日常生活中即刻了解到個(gè)人健康數(shù)據(jù)。這樣的系統(tǒng)要求即使在最?lèi)毫拥?.4GHz工作環(huán)境中，收發(fā)器也能提供出色的ad hoc點(diǎn)到點(diǎn)傳輸能力。哪種無(wú)線收發(fā)器能滿足該要求，其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)又有何訣竅？本文將給你答案。

在美國(guó)無(wú)線健康監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域的先驅(qū)FitSense公司的ActiHealth BodyLAN系統(tǒng)中，采用的是Nordic的nRF2401A 2.4GHz收發(fā)器。

BodyLAN是一種獲得專(zhuān)利的ULP無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(PAN)，能夠控制和響應(yīng)小型化健康與平安測(cè)量傳感器或致動(dòng)器。這些系統(tǒng)一般足夠高效緊湊，能夠讓紐扣電池壽命高達(dá)兩年。ActiHealth則是一種提供安全端到端數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)，讓保健與平安計(jì)劃提供商能夠輕松處理個(gè)人健康數(shù)據(jù)，并向其成員呈交反饋信息。ActiHealth全天運(yùn)動(dòng)監(jiān)控傳感器可監(jiān)控運(yùn)動(dòng)參數(shù)，比如卡路里燃燒、運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間、距離以及總步數(shù)。此外，BodyLAN無(wú)線協(xié)議已嵌入在包括健康秤、血壓監(jiān)控器和峰值流量?jī)x(FEV2和FEV6)等各種健康設(shè)備中。這種穿戴式監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)提供促進(jìn)性反饋信息，鼓勵(lì)個(gè)人行為的改變。用戶可以在日常生活中即刻了解到個(gè)人健康數(shù)據(jù)。

ActiHealth傳感器可通過(guò)一個(gè)ActiLink無(wú)線收發(fā)器在30到100 英尺(10到30米)的范圍內(nèi)自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)。匯總后的數(shù)據(jù)再利用一臺(tái)PC機(jī)，經(jīng)由一個(gè)ActiLink無(wú)線連接被上傳給FitSense安全數(shù)據(jù)服務(wù)器(如果需要，發(fā)送到健保及平安提供商的服務(wù)器)。FitSense提供了一塊ActiHealth個(gè)人儀表板PC應(yīng)用，用于開(kāi)發(fā)和管理私人監(jiān)控計(jì)劃。

即使在最?lèi)毫拥?.4GHz工作環(huán)境中，nRF2401A在提供ad hoc點(diǎn)到點(diǎn)傳輸方面的能力也非常出色。若BodyLAN應(yīng)用需要在單個(gè)位置上整合數(shù)以百計(jì)的無(wú)線傳感器，并期望在其它2.4GHz源(比如藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)和Wi-Fi)的情況下也能夠工作，這種能力至關(guān)緊要。

取得這種成績(jī)的關(guān)鍵在于Nordic獨(dú)有的ShockBurst技術(shù)。這種技術(shù)存儲(chǔ)并以短效突發(fā)脈沖自動(dòng)發(fā)射數(shù)據(jù)(例如，前導(dǎo)碼長(zhǎng)度只有8位，而目前市場(chǎng)上技術(shù)一般是16位)，從而能把功耗和數(shù)據(jù)包沖突的可能性降至最低。

流行的藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)并不適合于這種應(yīng)用。原因在于藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)的同步要求，該要求迫使功耗(及其它因素)上升到過(guò)高的數(shù)量級(jí)，也導(dǎo)致成本比基于Nordic的解決方案增加200%。

FitSense要求3V的紐扣型電池傳感器壽命為1到2年，因?yàn)檫@些傳感器必須是輕巧可穿戴的。Nordic的nRF2401A具有超低功耗，能夠滿足這一關(guān)鍵規(guī)格。

關(guān)于nRF2401A

nRF2401A收發(fā)器工作在全球2.4GHz ISM(工業(yè)、科研、醫(yī)學(xué))無(wú)線電頻段，其采用高級(jí)頻率捷變協(xié)議從而實(shí)現(xiàn)了與其它諸如Wi-Fi(無(wú)線局域網(wǎng))、藍(lán)牙、無(wú)繩電話等2.4GHz系統(tǒng)以及諸如微波爐等環(huán)境RF噪聲源共存的出色性能。

每對(duì)nRF2401A無(wú)線連接可實(shí)現(xiàn)最大1 Mbit/s的數(shù)據(jù)速率，同時(shí)其功耗僅為接收模式(RX) 18mA，發(fā)射模式(TX)-5 dBm輸出功率10.5mA。

其它特點(diǎn)包括一個(gè)內(nèi)建的可以很容易實(shí)現(xiàn)顯著降低功耗的掉電模式。

即使在50米的通信距離下，Nordic半導(dǎo)體nRF2401A極低功耗的特性(包括自動(dòng)確保僅在最短的發(fā)送階段打開(kāi)無(wú)線然后回到功耗極低的睡眠模式的ShockBurst技術(shù))使得Keyspan實(shí)現(xiàn)了采用兩節(jié)1.5V標(biāo)準(zhǔn)AA電池供電，在每天10到15分鐘持續(xù)工作的條件下，遙控器的電池壽命達(dá)3到4個(gè)月。

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