Надежное включение медицинского устройства с батарейным питанием

Устройства с батарейным питанием и беспроводным подключением становятся все более распространенными в современном обществе. Благодаря достижениям в беспроводных технологиях и технологиях аккумуляторов, в сочетании с уменьшающимся размером электронных компонентов, потребляющих меньше энергии, и облачными сервисами, готовыми к сбору, анализу и распространению данных, эти устройства обычно используются в потребительских, медицинских и носимых устройствах, а также в коммерческих и промышленных приложениях.

Независимо от того, является ли устройство носимым устройством для непрерывного измерения уровня глюкозы (CGM), потребляемым или имплантируемым медицинским устройством, устройством для умного дома, устройством отслеживания активов или монитором окружающей среды, все они имеют общее требование небольшого размера, длительного срока службы, надежности и простоты использования. использовать. Одна из основных проблем, с которыми сталкиваются разработчики этих продуктов, - это включение устройства при необходимости.

Включение устройства IoT только тогда, когда оно необходимо (или сохранение его выключенным перед развертыванием), жизненно важно, потому что разработчики хотят использовать батарею наименьшего размера и с наименьшей стоимостью. По этой причине увеличение срока службы батареи всегда является целью дизайна; разряд батареи должен быть сведен к минимуму во время использования, а также перед включением.

Одним из популярных примеров является CGM, назначаемый диабетикам типа 1 или 2. Это устройство плотно прилегает к телу пациента, непрерывно контролируя его уровень глюкозы. Полученные данные передаются по беспроводной сети пациенту, врачу и / или инсулиновой помпе. ПГМ должны быть очень маленькими, «водонепроницаемыми» и легко устанавливаемыми, а также иметь достаточно долгий срок службы до того, как разрядятся батареи.

Есть три основных варианта включения этих устройств в момент использования или развертывания. Для каждого из этих вариантов важными переменными являются расход заряда батареи, размер, степень защиты от проникновения и удобство использования.

Рис. 1. Магнитный датчик TMR обеспечивает практически нулевое энергопотребление в сверхминиатюрном корпусе, а его возможность бесконтактного включения питания способствует простоте использования.

Первый вариант «включения» - электромеханический или обычный «выключатель». Эта опция используется для включения большинства электронных устройств с батарейным питанием, таких как ноутбуки и телефоны. Хотя переключатели бывают разных форм (например, кнопочные, ползунковые или тумблерные), они работают по одному и тому же принципу размыкания и замыкания механического контакта, чтобы позволить току течь (в замкнутом состоянии) или полностью предотвратить его протекание (в разомкнутом состоянии).

Что касается первого рассмотрения утечки тока , Электромеханический переключатель очень эффективен, потому что это пассивное устройство, не потребляющее энергии. Однако с точки зрения размера механические переключатели - плохой вариант, особенно с учетом ограничений по размеру многих носимых, съедобных и имплантируемых медицинских устройств и других небольших устройств Интернета вещей.

С точки зрения защиты от проникновения (или необходимости иметь устройство, непроницаемое для воды и влаги), механические переключатели - не лучший вариант, так как они предназначены для механического перемещения пользователем в положение включения / выключения при сохранении герметичности. сложно.

Наконец, удобство использования или простота использования плохо подходят для механических переключателей по двум причинам. Во-первых, поскольку пользователь действительно должен сделать этот шаг (а многие должны быть проинструктированы об этом), для многих устройств требуется «немедленное включение» - явный конфликт с переключателями, управляемыми вручную. Во-вторых, очень маленький механический переключатель, необходимый для очень маленького устройства, может создать проблему для способности пользователей фактически переместить переключатель во включенное положение, тем самым снижая удобство использования. Таким образом, механические переключатели имеют высокие показатели энергопотребления, но очень низкие с точки зрения защиты от проникновения, размера и простоты использования.

Включение беспроводной сети - это второй вариант для анализа. Поскольку устройства уже имеют возможности беспроводной связи для передачи данных, разработчики технически могут использовать ту же возможность беспроводной связи для включения устройства из приложения для мобильного телефона.

С точки зрения защиты от проникновения беспроводное питание оценивается очень высоко. А с точки зрения размера беспроводное включение также ценится очень высоко, поскольку для этой функции больше нечего добавить к устройству.

Однако с точки зрения текущего потребления, беспроводное включение питания имеет чрезвычайно низкие оценки, поскольку беспроводной приемник внутри устройства должен быть включен, чтобы получить сигнал для включения. Уже по одной этой причине беспроводное включение редко используется для устройств, к которым предъявляются строгие требования к времени автономной работы.

Рисунок 2:Сравнение технологий

Третий вариант - использование магнитного датчика внутри устройства для включения функции включения. В этом случае к датчику прикладывается магнитное поле для включения питания. Магнитное поле обычно создается магнитом, который находится внутри упаковки продукта или во вспомогательном компоненте устройства (например, в аппликаторе для CGM). Магнитное поле также можно прикладывать, проводя пальцем по устройству ручным магнитом.

Магнитное зондирование очень высоко оценивает степень защиты от проникновения (поскольку это «бесконтактный» метод). Магнитное зондирование также очень высоко ценится за простоту использования, особенно когда магнит может быть встроен в упаковку устройства (что позволяет «включить питание из коробки») или во вспомогательный компонент устройства (например, аппликатор. ). Иногда само устройство представляет собой два компонента, которые необходимо соединить вместе во время развертывания.

С точки зрения потребляемого тока и размера желательность магнитного зондирования полностью зависит от технологии магнитного зондирования. Более старые, более традиционные типы технологий магнитного зондирования были либо небольшими по размеру, но с высоким энергопотреблением (эффект Холла), либо большими по размеру с нулевым потреблением энергии (герконы).

Однако многие новые устройства разработаны с использованием новой технологии магнитного зондирования, называемой туннельным магниторезистивным (TMR), которая предлагает как очень маленький размер (такой же маленький, как LGA-4), так и чрезвычайно низкое энергопотребление, подобное геркону. Фактически, магнитные датчики TMR предлагают «лучшее из обоих миров».

В связи с текущим натиском новых устройств, разработанных, чтобы сделать жизнь проще, безопаснее, бесконтактной и / или управляемой удаленно, разработчикам электроники приходится внедрять новые технологии, чтобы не отставать от растущих требований к носимым устройствам с батарейным питанием, имплантируемым устройствам, пищевым продуктам и т. Д. и другие устройства IoT. С точки зрения наилучших возможностей относительно небольшого размера, низкого энергопотребления, защиты от проникновения и простоты использования магнитные датчики - и, в частности, технология датчиков TMR - помогают сделать «невозможные» конструкции возможными.