個人医療モニタリングのテクノロジーは、急速に変化し続けています。 ほんの10年前までは、心拍数や血圧などの一般的な健康指標や血糖値などの特定の指標を患者が見守る通常の方法は、血液検査などの侵襲的な医療処置でした。 このような検査は、多くの場合、自宅から離れた場所にある地元の診療所や病院で行う必要があります。
今日まで話を進めると、患者の状況ははるかに良くなっています。 開業医から治療を受けている人だけでなく、誰もがバイタルサインや、活動や睡眠などの長期的な健康の指標を監視することで現在の状況を把握することができます。 これは、新世代のウェアラブル医療機器や消費者向けデバイスには、素晴らしいセンサーとデータ処理機能が組み込まれているためです。 持続血糖値モニター(CGM)やスマートリングなどの最新製品は、24時間一年中装着者の状態を監視できるのに、ユーザーのほとんどが使用していることを意識しないほど小型軽量で、誰にとっても価値のある便利で使いやすい製品です。
この新しいタイプのウェアラブル医療機器の中心にあるのは、スマートフォン、タブレット、またはパーソナルコンピューターとリンクするためのBluetooth® Low Energyシステムオンチップ(SoC)と、認証、ペアリング、構成、および充電のための非接触型決済を可能にする技術であるNFCという高度なワイヤレス接続技術です。
長いバッテリー寿命、小型フォームファクター
CGMとスマートリングの設計における最も重要となる制限事項は、スペースと電力です。 どちらのデバイスも24時間一年中監視を行い、ユーザーが充電しなければならない回数を抑えるために、長いバッテリー寿命が期待されています。 このため、アクティブモードとスタンバイモードの両方に於けるワイヤレスSoCの低消費電力の必要性が注目されています。
デバイスのサイズも重要な設計パラメータです。そのフォームファクターは一日中装着しても快適でなければなりませんが、メーカーはユーザーにとっての価値を高めるために、できるだけ多くの機能をデバイスに詰め込むことに熱心です。 したがって、この種のウェアラブルデバイスには、接続および充電用のワイヤレスシステムが必要であり、それ自体が小型で基板全体の実装面積を最小限に抑えるために、使用する外付け部品点数も最小限に抑えることが求められています。
同時に、これらのデバイスは、ローカルとリモートの両方のデータアクセスをサポートするために、さまざまな高度な接続機能を実行します。 サイズと電力の制約にもかかわらず、Bluetooth Low Energy SoCは、クラウドでのデータ処理と局所分析のために、ユーザーのスマートフォンへの堅牢で信頼性の高い接続を提供する必要があります。 また、NFC接続は、アクセサリの認証や使用状況の追跡、ワイヤレス充電などの機能をサポートしています。 したがって、高い性能が必須な要件となります。
これは、製品設計者にとって難しい課題です。 しかし、メーカーは、スペースの制約を確保し、驚くほど少ない低消費電力を実現するルネサスのコネクティビティ製品という、すぐに利用できるソリューションをご利用いただけます。
CGM設計のための性能と低消費電力
典型的な例は、極めて低い消費電力と高集積を兼ね備えたBluetooth SoCのDA1453xシリーズは、ボード上の外付け部品点数を減らし、CGM設計のスペース制約を最小限に抑えることを実現します。
たとえば、Bluetooth 5.1 DA14531 は、他の主要メーカーの半分のサイズの小型パッケージ(2.0mm x 1.7mm)を提供します。 さらに、必要な外付け受動部品はわずか6個で、タイミング入力用の水晶振動子1個で動作します。
記録的な低休止状態とアクティブ消費電力により、最小の使い捨て電池でも長い動作と保存寿命が保証されます:DA14531はアルカリ電池、酸化銀電池、コイン電池と互換性があり、これら電池タイプの耐用年数を延ばす昇降圧DC/DCコンバータが内蔵されています。
DA1453x SoCは、小型サイズと超低消費電力の組み合わせにより、24時間365日監視を必要とする小型のウェアラブルデバイスであるCGMに最適です。
スマートリング設計:1つの低電力チップに複数の機能を搭載
ルネサスのBluetooth SoCである DA14695 やDA1459xは、スマートリングの低消費電力と高集積化という2つの利点を示す顕著な例です。 DA14695 SoCは、96MHzのArm® Cortex-M33F® CPUコアをベースとしており、スマートリングからの信号処理などのアプリケーション機能を実行するとともに、オンボードのBluetooth Low Energy v5.2無線用のセンサノードコントローラおよび設定可能なメディアアクセスコントローラとして動作する96MHzのCortex-M0+コアと並行して動作します。
このDA14695は、パワー・マネージメントIC (PMIC)、USB インターフェースと USB チャージャ、触覚フィードバック用のモーター・ドライバー、ディスプレイ画面用のパラレル・インターフェース・ドライバーなどのオンチップ機能、および強力なセキュリティ保護など、卓越したレベルの集積度を提供します。 さらに、ディープスリープモードでは、この高性能デバイスの消費電流はわずか10μAです。
これとは対照的に、市場にあるCPU、プロトコルエンジン、センサーノードコントローラを備えた他のBluetooth SoCは、DA14695が持つ多くの周辺機能が不足しているため、コンポーネントコストが大幅に増加し基板に必要なスペースも増大します。
スマートリングやその他のウェアラブルデバイスの設計者は、このタイプのルネサスコネクティビティソリューション製品を使用して、最も厳しい設計要件を満たすことができます。
オールインワンチャージャおよびデータ交換コンポーネント
電力と省スペースに対する同様のアプローチは、ルネサスのNFC技術によって可能になります。 NFCは、非接触型決済端末での使用で最もよく知られており、スマートフォンやスマートウォッチがデータパケットを安全に交換して金融取引を承認できるようにします。
スマートリングでは、このデータ交換機能を非接触型決済にも使用できます。 ただし、データ交換に使用されるのと同じPTX30W NFCタグにより、NFCワイヤレス充電も可能になります。
ここでもルネサスは、NFCタグ、整流器、リミッタ、バッテリチャージャ回路、NFCワイヤレス充電プロトコルを処理する専用コアを小型1.78mm x 1.78mm WLCSPパッケージに集積する奇跡を起こしました。
PTX30Wは、スマートリングの充電ケースに埋め込まれたポーラーと呼ばれる専用のNFC充電送信機であるルネサス PTX130Wとペアになります。 このPTX130Wは、直接アンテナ接続技術(DiRAC)®により、最大の電力伝送と急速充電を実現します。 また、この技術により、EMCフィルタが不要になり、アンテナのマッチングが容易になるため、PTX130Wは競合製品よりも充電ケース設計への実装が容易になります。 PTX130Wの優れたRF性能により、小型アンテナの使用が可能になり、ポーラーとリスナーのアンテナを柔軟に配置できます。
PTX30W は、追加コンポーネントを必要とせず、小型アンテナの使用を可能にすることで、Muse ウェアラブルの Ring One などのスマートリングの小さな 基板に取り付けることができる充電ソリューションを提供します。
迅速かつ効率的な製品開発のためのルネサスのエコシステム
高性能とシームレスな統合は、ルネサスのコネクティビティソリューションポートフォリオの合言葉であり、ルネサスのマイクロコントローラおよびアプリケーションプロセッサのラインアップと完全に連携しています。 また、統合開発環境 「e² studio 」、ファームウェア用の フレキシブル・ソフトウェア・パッケージ(FSP) バンドル、開発キット、 ウィニング・コンビネーション (特定の製品設計に対応する互換性のあるコンポーネントの事前審査済みセット)など、ルネサスが提供する開発用ツールやリソースを幅広く利用することができます。
ウェアラブル医療機器の設計者は、 ルネサスコネクティビティソリューションズの最新のホワイトペーパー「低消費電力でスペースに制約があるが、スマートで機能豊富なパーソナルデバイスまたはウェアラブルデバイス向けの設計に関するベストガイド」から、スマートコネクテッド医療、フィットネス、およびケア製品の完全な製品について学ぶことができます。