高性能微控制器
路径中的下一个环节为微控制器（MCU），用于对数字化ECG数据进行后处理和／或整理。根据可穿戴监测设备的类型，可穿戴传感器中采集的原始ECG数据将被实时动态分析以检测最常见的心律不齐，然后保存在系统的非易失性存储器中，或被存储在存储器中以便未来设备使用寿命结束后进行离线分析。
前一种方法通常在新一代一次性可穿戴式ECG设备中采用，它需要拥有DSP引擎和更高代码／数据存储内存的高性能MCU，以便在运行中准确地检测出几种常见的心律不齐症状，此外还需要存储大量原始数据以供后期处理。其它要求包括更小占板面积的电子器件、精密的AFE和更低的功耗。
MCU额外的内存和更高的性能带来了电源性能及芯片尺寸方面的挑战。为应对这些挑战，需要利用先进的小尺寸低功耗工艺制程节点，并通过电源管理等功能在系统级别实现有效的电源管理方案。
系统MCU须在每个工作频率上实现较低的功耗（低于50μA／MHz），并具有可扩展频率的多种工作模式，从而允许在系统级进行灵活的电源管理。常见的方法是使用基于系统的某些自定义专有使用模型配置文件来循环“打开”和“关闭”MCU。
由于射频和MCU在总系统功耗中占主要比重，因此其使用率需要尽可能低。为限制电源循环开关过程中的功耗，MCU须在待机模式下提供亚微安级别的电流消耗，并实现快速从待机模式到正常工作模式的切换（不超过几微秒），以最大程度减少开关过程中的功率损耗。
新的AFE需要以较低功耗（通常低于100？W）连续运行，并且除模拟信号路径外，还具有专用的低功耗数字信号处理电路（例如，R－to－R峰值周期测量），来进一步降低MCU的信号处理量。通常，增强型诊断、生命体征参数监控和其它信号测量（例如Bio－Z）等功能会增加AFE的复杂性。
超低功耗连接
ECG信号调节路径的最后环节为以某种类型的低功耗无线连接实现与网关（例如智能手机或自定义传感器集线设备）的通信。传输到云平台和医疗中心的数据包括原始ECG数据、可能失常或正常的心律信息以及在操作过程中测量的其它系统参数。目前，低功耗蓝牙是最常用的无线接口之一。NB－IoT和CAT－M类型的连接性正在评估中，以备将来使用。
外形更小、性价比更高、使用寿命更长的一次性ECG贴片成为趋势，这意味着需要在超小型系统级芯片（SoC）或系统级封装（SIP）器件中实现对超低功耗信号路径的更高集成。电子设备小型化面临的一些挑战包括适用于低功率精密混合信号（模拟和数字）电路且经济高效的半导体工艺节点，以及可行的、更经济高效的小尺寸封装技术。
超低功耗是此类新型ECG贴片的关键要求之一，因为它可以显著延长连续心脏信号监测／分析的时间，达到远超于目前7－15天的时间长度。较低的功耗还将允许开发人员引入额外的生命体征监测功能，从而获得更大竞争优势。
目前，贴片多使用典型容量为几百mAh的单枚纽扣电池。但人们正在努力尝试体积更小、容量更低、更具成本效益的电池，并结合“无电池”传感器节点的能量采集方式——基于专门的全新半导体工艺技术，例如薄氧化埋层覆硅（SOTB）和亚阈值工艺等。
从研发到现场应用，基于能量采集的心脏监测贴片所面临的挑战在于实际应用中需要采集连续不断的能量源。业界正在探索利用诸如身体的热量、运动引起的振动，或周围环境中的专用RF能量之类的资源来解决这一关键问题。
最后，心脏监测SoC的设计需要在小面积硅片上成功集成混合模式电路，而不会干扰布局中分配的边界。这将需要特殊的设计专业知识，以防止高频开关数字电路和RF电路产生的噪声影响相邻的精密模拟电路。
IoMT正在使传统的响应式医疗保健模式转变为价格与成本更低的预防式系统模式。半导体，互联网络，和材料科学技术的进步，以及与AI相结合，将会进一步改变人们的生活，并为改善社会做出贡献。
关于作者
Bahram Mirshab为瑞萨电子美国新兴市场事业部高级系统工程师，主要负责智能医疗领域模拟前端的产品定义。他拥有奥克兰大学系统工程博士学位、韦恩州立大学计算机工程硕士学位以及底特律大学的电子工程学士学位。
