電池壽命是可穿戴系統在患者監護中的主要挑戰。更換電池可能是一項耗時且昂貴的活動，并且在更換電池時存在丟失數據的風險。

有許多不同的方法可以為健康監測設備供電。手表過去曾使用太陽能，但顯示器設計需要無線鏈接回網關或移動電話，并為一系列傳感器供電，以測量心率和血壓等生命值。這對電源子系統提出了很高的要求，設計人員正在尋找創新的方法來應對這些挑戰。

使用感應線圈的短距離無線充電正被用于提供無線充電。 AirFuel Alliance和Qi Consortium都制定了無線充電規范，盡管這些要求發射器和接收器線圈之間的距離在幾毫米之內。這消除了對充電端口的需要，并且可以使醫療監視器更緊湊和更容易使用。可以將顯示器放置在充電板上，而不是微型USB充電連接器或專有格式，通常在一夜之間為電池重新充電。雖然這可以與睡覺時不一定佩戴的智能手表一起使用，但是需要盡可能長時間佩戴醫療監視器以捕獲所需數據并在出現問題時觸發警報。

示例由Semtech開發的LinkCharge是一個完整的，獨立的基礎設施無線充電系統，可以安裝在幾乎任何非金屬表面下方，簡單方便地為患者監護儀充電。 LinkCharge（圖1）采用15 W器件，符合雙模標準。該系統與AirFuel Alliance和Qi無線充電標準兼容，但可用于其他專有和更快速的充電設備。基礎設施發射器模塊包含一個自定義控制器，用于管理Qi或AirFuel協議和充電功能。可以修改微控制器的非易失性存儲器中的固件，以便為特定的客戶應用程序添加用戶定義的功能，對于某些型號，可以隨著標準的變化和成熟而提升可升級性。

圖1：Semtech的LinkCharge無線充電器支持AirFuel和Qi協議。

MikroElektronika'sHexiwear（圖2）是一款用于無線監控頻段的開源可穿戴開發套件。 Hexiwear與恩智浦半導體合作開發，并通過Kickstarter資助，主要針對需要低功耗系統的開發人員，該系統兼容智能手機和具有云連接功能的iOS應用。它集成了光數字轉換器，數字濕度和溫度傳感器以及心率傳感器。它基于恩智浦的Kinetis K64x MCU，配備MC34671 600 mA，單節鋰離子/鋰聚合物電池充電器和190 mAh雙節鋰聚合物電池。 Kinetis KW4x收發器通過藍牙低功耗提供無線鏈路，開源代碼允許設計人員快速，輕松地開始開發監控系統。

圖2：Hexiwear開源可穿戴式開發套件是醫療顯示器的起點。

然而，這凸顯了開發從RF獲取能量的監測系統的挑戰。 Hexiwear平臺使用高速充電電源管理IC，從相對較高的電壓源快速為顯示器中的電池充電。無線充電系統幾乎完全相反，能夠處理非常低的電流和電壓。

例如，STMicroelectronics的STEVALISB038V1參考設計套件（圖3）使用無線電池充電器評估套件，專為超小型電池供電設備（如可穿戴顯示器和智能手表）而設計。

圖3：STMicroelectronics的無線充電參考設計套件可從11 mm接收器線圈提供1 W的功率。

該套件通過接收器側的11 mm線圈和發射器側的20 mm線圈支持1 W的無線功率傳輸。它還可以通過更寬的線圈或通過切換到發射器上的全橋配置來支持多達3 W的應用。

對于醫療監護儀，STWBC-WA變送器基于經濟高效的半橋拓撲（圖4），具有軟件API的靈活性，可以控制LED和通用IO線路以及使用I2C和UART通信端口。

圖4：STMicroelectronics參考設計中STWBC-WA發送器的半橋拓撲結構。

展望未來，Dialog Semiconductor發布了與無線充電技術開發商Energous合作的第一批成果。兩家公司聯合開發了一種芯片，用于實現使用Energous的WattUp?技術的小型無線電源發射器系統。這是專有技術，盡管Energous是AirFuel Alliance的主要成員。射頻發射芯片最初的有限距離為幾毫米，但更高功率的發射器可以在最遠5米的距離內提供無線充電。

該芯片集成了ARM?Cortex?- M0 +處理器內核具有射頻發射器和電源管理功能，可放入單個芯片，尺寸為7 mm x 7 mm。它還包括片上DC-DC轉換和軟件，可與Dialog'sSmartBond高度集成的低功耗藍牙低功耗（BLE）芯片無縫集成，例如用于健康監視器的DA14681。這包括一個可以有效為多達三個外部設備供電的電源管理單元（PMU），以及一個片上充電器和電量計。

越來越流行的技術是使用RF能量，甚至捕獲作為無線鏈路的一部分發出的能量。高達90％的傳輸能量浪費在空中，公司正在尋找盡可能多地恢復能量的方法。

將天線放在健康監視器上以捕獲附近移動電話的傳輸能量可以將電池壽命延長30％。然而，這需要采用信號處理的新收發器芯片設計，以最有效地利用本地天線的能量。

此天線和芯片也可用于遠距離無線充電。來自2GHz信號的RF能量可以在4到6米的距離內被引導到該單元，被天線捕獲，并且用于在沒有用戶干預的情況下對電池進行再充電。這對于醫療監控設備的設計人員來說是一個引人注目的能力。

此類系統將從2018年開始進入市場，市場研究預測，到2020年，超過一半的系統將使用此類無線充電。作為其標準化過程的一部分，AirFuel聯盟正在將不同的能量收集技術結合在一起。

結論

可穿戴醫療監護儀的無線充電是解決堵塞問題的理想方式。單元進行充電，避免了許多丟失數據的問題。射頻能量捕獲是前進的方向之一，現在可以使用無線充電線圈，這樣可以更輕松，更快速地重新充電。然而，確保可靠的數據收集仍然存在挑戰，并且正在開發的自由空間無線系統將允許便攜式設備的長距離充電。這將極大地改變醫療監視器和無線系統在未來幾年的供電方式。