Анализ технологии беспроводной передачи на основе носимых медицинских системных чипов

　　Введение

　　Здоровье тесно связано с каждым и стало актуальной темой в современном человеческом обществе. Носимые медицинские системы мониторинга позволяют удобно собирать данные о здоровье человека для прогнозирования заболеваний и ранней диагностики. Носимый медицинский чип на основе недорогой, энергопотребляющей и высокоскоростной беспроводной коммуникационной технологии, помогает пациентам собирать базовые жизненно важные параметры в реальном времени в повседневной работе и жизни. Сокращая время личных консультаций между врачами и пациентами, оно сокращает время ожидания в больницах, тем самым снижая текущий дефицит медицинских ресурсов и повышая качество ухода за пациентами. Кроме того, хронические заболевания (такие как гипертония, диабет и высокий уровень липидов в крови) сегодня стали главным фактором смерти здоровья человека. Лечение хронических заболеваний требует длительного постоянного сбора и мониторинга данных о здоровье пациентов. Носимые медицинские чипы благодаря небольшому размеру, низкому энергопотреблению и низким эксплуатационным затратам легче принимать пациентами. Огромный потенциал потребительского рынка привлёк множество компаний по разработке чипов, таких как Philips, Zarlink, Ti и другие, к участию в их научно-исследовательской и коммерческой деятельности.

　　Датчики кислорода крови на запястьях, датчики глюкозы в стиле наручных часов, мониторы качества сна, проверки физиологии сна, ремневые мониторы дыхания и сердечного ритма, имплантируемые компоненты распознавания личности и многое другое. Беспроводные носимые медицинские микросистемы состоят из беспроводных датчиков, встроенных на поверхность тела, таких как повседневная одежда, часы, украшения и т.д., все из которых можно использовать для имплантации микроносимых медицинских чипов. Поскольку технологии беспроводной связи размещены в разных частях поверхности корпуса, с множеством проводов, соединяющих разные датчики и между основными чипами дисплея, это неизбежно создаёт значительные неудобства для пользователей. Как альтернативный способ передачи проводов, технология беспроводной связи выделяется особенно заметным преимуществом. В настоящее время большинство технологий беспроводной связи ориентированы на увеличение скорости передачи беспроводных данных, и технологии беспроводной передачи, используемые в носимых медицинских системах, также должны учитывать минимизацию энергопотребления при передаче беспроводных сигналов. Трансиверная часть, используемая для беспроводной передачи сигнала на носимых медицинских чипах, обычно является самой энергозатратной частью всего медицинского чипа. Для обеспечения длительного использования носимых устройств энергопотребление беспроводной передающей цепи несомненно является ключевым фактором для дизайнеров носимых чипов. Сосредотачиваясь на целях низкого энергопотребления и высокой скорости передачи, такие компании, как Zarlink, Nordic, Philips и chipcon, последовательно запускали решения для ультранизкомощных радиочастотных трансиверных чипов.

　　1. Структура чипов носимых медицинских систем

　　Общая структура носимого медицинского чипа, основанного на технологиях беспроводной связи, показана на рисунке 1 и обычно состоит из физиологической схемы приёма сигнала, аналогово-цифрового преобразования (АЦП), цифровой базовой схемы обработки сигнала, контроллера и источника питания

　　Приёмная схема состоит из нескольких частей. Во-первых, схема усилителя прибора с низким уровнем шума сигнала собирает физиологические данные из человеческого организма. Затем полученные физиологические сигналы преобразуются через AD для количественной оценки и генерации легко обработанных цифровых сигналов. После кодирования, FFT и другой цифровой обработки сигналов они передаются через передающую цепь. Одновременно через приёмную цепь на чипе могут получать внешние управляющие сигналы и данные. Контроллер используется для управления работой всего чипа и может быть запрограммирован для удовлетворения различных требований приложений. Обычно высокопроизводительный носимый медицинский чип состоит из высокопроизводительных цифровых, аналоговых и радиочастотных компонентов, при этом производительность этих компонентов напрямую влияет на общую производительность чипа. Аналоговые и радиочастотные трансиверные компоненты медицинских чипов, очевидно, являются самыми энергопотребляющими компонентами всего чипа, поэтому разработчикам обычно приходится балансировать между низким энергопотреблением и высокой производительностью при проектировании схем для этих двух компонентов. Ниже мы представляем различные компоненты типичного носимого медицинского чипа.

　　Рисунок 1: Структура носимой системы медицинских чипов

　　1.1. Низкошумный усилитель физиологического приёма сигнала

　　Физиологические сигналы обычно собираются с помощью встроенных биосенсоров, встроенных в микросхему. Для облегчения интеграции датчик использует низкошумный усилитель с использованием CMOS-процесса для преобразования биологических сигналов в биоэлектрические. Для одновременного получения множества физиологической информации на чип можно интегрировать несколько усилителей с разными функциями для формирования многоканальных данных для сбора жизненно важных параметров, таких как артериальное давление, насыщение кислородом в крови, частота дыхания, частота сердечных сокращений и температура тела. Поскольку физиологические сигналы в организме относительно слабы и легко поддаются влиянию окружающего шума, усилители должны обеспечивать высокую чувствительность, высокий уровень усиления, низкий уровень шума и низкое энергопотребление; В то же время после усилителя используется фильтр низких частот с отсечной частотой около 1 кГц для дальнейшей фильтрации помех на частотах, отличных от биоэлектрических сигналов. Усилители могут быть спроектированы с несколькими режимами работы, такими как прослушивание, работа и сон, чтобы снизить энергопотребление чипа.

　　1.2. Преобразователь AD (ADC)

　　Заранее установленный многоканальный физиологический усилитель для приёма сигнала собирает различную физиологическую информацию и подключается к входному порту АЦП через аналоговый многоканальный многоканальный разъём. Аналоговый многоканальный многоканальный усилитель может выбирать выход только одного предусилителя одновременно. Для снижения энергопотребления АЦП обычно используют последовательную структуру аппроксимации примерно с 10 битами. Для повышения точности и скорости преобразования также могут использоваться сигма-дельта или конвейерные АЦП. Чем выше количество битов, тем выше коэффициент преобразования, но тем выше энергопотребление. Низкое энергопотребление — ключевой фактор при проектировании носимых медицинских чипов. Кроме того, ёмкость АЦП должна быть выбрана соответствующим образом; выбор слишком большой занимает много места на чипе, а влияние паразитной ёмкости на ёмкость блока должно быть минимизировано.

　　1.3 Контроллер

　　Чип может использовать ядра ARM и MCU в качестве контроллеров, управляя режимами работы других частей схем чипа через шину; Он может управлять временем использования данных, настраивать регистры и управлять другими частями чипа для занятия шины данных для связи в реальном времени.

　　1.4 Базовая полоса цифровой обработки сигнала

　　Для повышения скорости, точности и безопасности передачи данных цифровые сигналы, выводящиеся АЦП, должны проходить через базовый процессор цифрового контроллера, подвергаться цифровой компрессии и кодированию, а также дополнительно фильтровать с помощью преобразования FFT и цифровой фильтрации для дополнительной фильтрации помех.

　　1.5, радиочастотные трансиверы

　　Поскольку сбор физиологических сигналов от человеческого тела требует физиологических характеристик, размещение носимых медицинских чипов в разных частях тела, а также наличие взаимосвязанных проводов между чипами делает перемещение неудобным, и слишком много проводов легко запутывается и вызывает сильный дискомфорт. Поэтому беспроводная передача сигналов и данных является самым прямым и естественным способом. Ключевые вопросы, которые следует учитывать при интеграции беспроводных радиочастотных трансиверов на носимые медицинские системы, значительно отличаются от тех, что обычно решаются в беспроводных продуктах. Во-первых, это асимметричный метод беспроводной передачи, в основном собирающий человеческие сигналы и их передачу. Принимаемые сигналы в основном поступают от управляющих команд, и объём данных очень мал. Поэтому может использоваться полудуплексный режим связи с низкоскоростной передачей по нисходящему и высокоскоростному восходящему каналу. Во-вторых, чипы должны работать длительное время, а аккумуляторы, используемые для носимых чипов, обычно являются кнопочными элементами, работающими при напряжении от 1,2~1,5 В и с ёмкостью менее нескольких сотен мА·ч. Секция беспроводных трансиверов обычно является частью с наибольшим энергопотреблением в чипе. Проектировщики сталкиваются с такими задачами, как низкое рабочее напряжение, низкое энергопотребление и высокая скорость передачи. Поэтому необходимо тщательно рассмотреть структуру, принятую беспроводным трансивером, а также внедрение ключевых технологий, таких как частота несущей сигнала, метод передачи, метод модуляции, скорость передачи и энергопотребление.

　　2. Стандарты беспроводной связи для носимых медицинских чипов

　　Технологии беспроводной связи стремительно развиваются, играя значительную роль в развитии современных медицинских технологий. В настоящее время существуют различные стандарты связи для связи между носимыми медицинскими чипами. Эти стандарты подходят для конкретных приложений на основе собственных характеристик, но могут не полностью использовать маломощные, короткодействующие коммуникационные функции носимых медицинских чипов. Ниже приведено краткое введение в характеристики и характеристики каждого стандарта коммуникации (см. рисунок 2).

　　Рисунок 2: Сравнение расстояний передачи и энергопотребления различных методов беспроводной связи

　　Bluetooth 2.1

　　Стандарт Bluetooth использует технологии частотного переключения и расширения спектра, которые эффективно подавляют межкодовые помехи, улучшают качество связи и обеспечивают безопасность вызовов. Стандарты Bluetooth поддерживают три различных расстояния связи: 1, 10 и 100 м, и могут обеспечивать скорость связи до 1 Мбит/с. Он имеет простую структуру и может снизить цену одного чипа ниже 5 долларов благодаря развитым технологиям и высокой конкурентоспособности на рынке. Стандарт Bluetooth обеспечивает последовательную связь точка-точка и метод общения с основным контроллером общего канала, что очень подходит для построения локальных сетей. Однако, поскольку диапазон связи носимых медицинских чипов обычно ограничен областями, близкими к телу человека, а Bluetooth работает на частоте 2,4 ГГц, влияние таких высоких частот на организм остаётся неизвестным. Из-за страха людей перед высокочастотной связью и её относительно высокого энергопотребления стандарт Bluetooth не является идеальным выбором.

　　2.2，Zigbee

　　Zigbee может работать в трёх диапазонах частот: 2,4 ГГц, 900 МГц и 800 МГц. По сравнению со стандартами Bluetooth, Zigbee потребляет меньше энергии. При работе в диапазоне 2,4 ГГц он может достигать максимальной скорости передачи данных 240 кбит/с. Недостатки Zigbee — низкая скорость передачи данных, высокая задержка передачи, низкая безопасность, а при работе на частоте 2,4 ГГц широкий спектр коммуникационных протоколов, сосредоточенных в этом диапазоне, делает Zigbee легко восприимчивым к помехам от других волн связи.

　　2.3，UWB

　　UWB работает в диапазоне частот 3,1~10 ГГц, со средней скоростью передачи данных до 850 кбит/с и может быть увеличена до 26 Мбит/с. Этот стандарт определяет спектральную плотность мощности -41 дБ(м) МГц, но специфических требований к волнам временной области нет. Поэтому можно использовать технологию передачи импульсов, что делает структуру радиочастотных передатчиков очень простой, при этом проектирование давления и энергопотребления переносится на конструкцию радиочастотных приемников. Как уже упоминалось, носимые медицинские чипы передают асимметричные сигналы, при этом поток передаваемых данных значительно превышает поток входных данных, что делает UWB хорошо подходящим для этой асимметричной функции беспроводной связи, что снижает энергопотребление и сложность системы. Кроме того, UWB — это сверхширокополосная технология, использующая сверхширокополосный диапазон для достижения более низкого энергопотребления, что приводит к относительно низкому энергопотреблению.

　　2.4，WLAN 802.11

　　IEEE 802.11 WLAN работает в диапазоне ISM (промышленный, научный и медицинский). Среди них 802.11b и 802.11g работают в диапазоне 2.4 ГГц со скоростью передачи данных 11 Мбит/с и 54 Мбит/с соответственно. 802.11a работает в диапазоне 5 ГГц и может обеспечивать скорость передачи до 54 Мбит/с. Он обладает относительно большой радиусом связи и, благодаря использованию технологии прямого спектра с прямой последовательностью, обладает сильной способностью противодействия помехам. Однако он потребляет много энергии, имеет сложную структуру и слишком дорогой, что делает его непригодным для проектирования носимых медицинских чипов.

　　2.5, беспроводной USB

　　Беспроводная USB-технология, как и UWB, — это технология беспроводной связи, основанная на сверхширокополосной технологии. Она работает в диапазоне 3,1~10,6 ГГц с расстояниями связи 3 и 10 м, что подходит для короткодействующей беспроводной передачи данных, со скоростью передачи данных до 480 Мбит/с и 110 Мбит/с соответственно. Однако самой большой проблемой для этой технологии является энергопотребление, что также является главным ограничивающим фактором для её применения в медицинской коммуникации с помощью чипов.

　　2.6. Инфракрасная связь (IrDa)

　　Инфракрасная связь — это недорогой и простой метод беспроводной связи, но из-за прямого эмиссионного характера инфракрасного диапазона IrDA подходит только для Хуан Цзиня и других участников фазы 5834: беспроводные трансиверы на базе носимых медицинских систем имеют короткие расстояния, выравнивание точка-точка и низкие скорости передачи. По сравнению с беспроводными коммуникационными технологиями, такими как Bluetooth и Zigbee, использование её крайне неудобно.

　　2.7. Технология радиочастотной идентификации

　　RFID-технология — это тип RFID-технологии, использующая пространственно-связанные переменные электромагнитные поля для обеспечения передачи данных без контакта с человеком. Запланированный в Китае RFID-диапазон частот составляет 50~190 кГц, высокочастотный диапазон — 13,56 МГц± 7 кГц, а также 432~434,79 МГц; Другой запланированный частотный диапазон в Китае — 900, 910 и 910,1 МГц, которые широко используются для идентификации вагонов поездов. Как и IrDa и Zigbee, RFID — это внутренняя беспроводная технология связи с коротким расстоянием связи, что делает её полезной в различных медицинских приложениях, таких как управление мобильными активами, управление запасами, мониторинг пациентов в реальном времени, отслеживание лекарств и распространение. Однако эта технология сама по себе является электронной меткой и RFID-технологией с крайне низкой скоростью передачи и информацией, которую легко украсть, что делает её неподходящей для приложений беспроводного соединения в реальном времени в носимых медицинских чипах.

　　2.8. Человеческое общение

　　Технология человеческой коммуникации (Bio-channel), также известная как технология человеческой коммуникации, — это новая концепция, появившаяся в последние годы. Впервые она была предложена Циммерманом из Media Lab MIT в 1995 году. В отличие от любой предыдущей технологии беспроводной связи, человеческая коммуникация использует близость человеческого магнитного поля или самого человеческого тела в качестве средства связи. Расстояние связи очень короткое, иногда требуется контакт с человеком для коммуникации. Таким образом, это позволяет точно контролировать дальность связи и цель связи, значительно снижая помехи между различными каналами сигналов и обеспечивая безопасность связи. Обычно связь в местах, близких к человеческому телу, также может быть подключена по проводу, что обеспечивает высокую скорость и точность передачи данных без помех со стороны внешнего шума. Однако провода часто запутываются и крайне неудобны для использования. С другой стороны, использование зрелых технологий передачи данных, таких как Zigbee и Bluetooth, позволяет избежать хлопот, вызванных проводами, но также сталкивается с такими проблемами, как низкая скорость связи, высокое энергопотребление чипов и восприимчивость помех от электромагнитных сигналов в космосе. Поэтому, как только была предложена концепция человеческой коммуникации, она сразу привлекла широкое внимание академической среды и промышленности.

　　3. Пример разработки беспроводных трансиверов на базе носимых медицинских систем

　　Благодаря быстрому развитию микроэлектронных технологий и потребностям стареющего человеческого общества были разработаны носимые системы медицинского мониторинга. Сеть Body Area Network (BAN) состоит из множества человеческих сенсорных узлов, каждый из которых может общаться с другими узлами (или центральными узлами) через беспроводные трансиверы внутри носимого медицинского чипа. Ранние исследования короткодействующих беспроводных коммуникационных чипов для медицинского мониторинга людей часто использовали модуляцию ASK FSK, низкое энергопотребление и простые кристаллические генераторы в качестве передатчиков. Эта конструкция могла передавать только данные о знаках одного тела, имела низкую производительность, низкие частоты осцилляторов и длительное время переключения и запуска, что приводило к очень низким скоростям передачи связи. С углублением современных исследований в области биомедицинской инженерии за последнее десятилетие были предложены новые схемы и системы на основе индуктивной связи. Однако эти решения на основе индуктивных катушек также страдают от низкого качества связи, низких скоростей передачи и длительного времени передачи, что эффективно снижает эффективность связи и сокращает время использования батареи.

　　Эти нестандартизированные коммуникационные системы испытывают трудности с удовлетворением потребностей в ультранизком энергопотреблении, ультрамалых размерах, высокой надежности и высокой скорости связи для носимой медицинской беспроводной связи. Под влиянием растущего спроса на беспроводной мониторинг здоровья исследовательские институты и крупные производители чипов по всему миру конкурируют в проведении обширных исследований и разработок приложений в этой области. Среди наиболее репрезентативных примеров — Zarlink в Канаде, разработавшая ZL70101 чипы радиочастотных трансиверов, Система на чипе Sensium, разработанная компанией Toumaz в Великобритании, а также низкомощный радиочастотный приемоприемник с напряжением питания 2,4 ГГц 400 мВ, разработанный Исследовательской группой по изучению чипов связи Wireless Node Network Communication Chip при Университете Калифорнийского университета в Беркли в США, и чип беспроводного трансивера для человеческой связи, разработанный Корейской академией наук.

　　3.1 Медицинская имплантируемая система связи ZL70101 чип Zarlink

　　В 2006 году канадская компания Zarlink Semiconductor выпустила ультранизкомощный высокопроизводительный радиоприемоприемный ZL70101 для медицинских имплантатов. Этот чип сильно интегрирован; за исключением сетевого сопоставления, он требует всего одного кварцевого кристалла с частотой 24 МГц и двух конденсаторов для разъединения, всего три компонента вне чипа; Рабочий диапазон частот — диапазон ISM 433 МГц, использующий процесс 0,18 мкм RF CMOS. Трансивер работает на 5,5 мА, а в спящем режиме — всего 250 нА. Весь чип интегрирован радиочастотный трансивер с частотой 400 МГц, приёмник мониторинга сигнала пробуждения 2,45 ГГц и один контроллер медиапутей (MAC). Схема структуры чипа показана на рисунке 3.

　　Приёмник использует структуру низко-промежуточной частоты, состоящую из низкошумного усилителя, зеркального микшера подавления частоты, многофазного фильтра IFF (PPF), индикатора силы сигнала (RSSI) и АЦП. Передатчик состоит из верхнего микшера и усилителя мощности, использующих метод FSK с частотной сдвигающей модуляцией. Система пробуждения — это приёмник, использующий модуляцию OOK и работающий в диапазоне 2,45 ГГц. Она может периодически обнаруживать сигналы запуска от базовых станций до включения всего чипа, значительно снижая средний рабочий ток чипа. Этот чип предназначен для имплантируемого медицинского мониторинга, но благодаря сверхнизкой мощности, расстоянию связи 2 м и скорости передачи до 800 кбит/с он также превосходно справляется с требованиями по беспроводной связи, используемыми внешними носимыми медицинскими чипами.

　　Рисунок 3 Блок-схема принципа радиочастотного трансивера MICS Zarlink

　　3.2 Беспроводной трансивер Toumaz для чипов систем ультранизкого энергопотребления для биологического дистанционного зондирования

　　В 2007 году компания Toumaz в Великобритании выпустила системный интеграционный чип Sensium, который объединял шину SPI, ADC, MCU, SRAM и ультранизкомощный радиочастотный трансивер. Секция радиочастотного приема этого чипа Sensium имеет площадь чипа 7 мм², использует процесс RF CMOS 0,13 мкм, работает на 1 В и работает как в европейском стандартном диапазоне 870 МГц, так и в американском стандартном диапазоне 928 МГц. Потребление тока при приёме составляет всего 2,1 мА, мощность передачи — -7 дБ(м), а ток передачи — 2,6 мА; Секция передачи/приёма работает в полудуплексном режиме, модуляции FSK, с битовой ошибкой 10-3 и скоростью передачи данных 50 кбит/с. Поскольку этот чип был разработан для телеметрии и приложений для получения информации, таких как ЭКГ, Xinbo и температура тела, его показатели эффективности полностью соответствуют требованиям проектных задач. Чип использует структуру Sliding-IF, которая обеспечивает более высокое подавление частоты изображения по сравнению с традиционными трансиверами с низким IF, а поскольку использует двухступенчатую миграцию частоты, у него гораздо меньше дрейфа постоянного тока, чем трансиверы с нулевой IF.

　　Чтобы удовлетворить требования к низкому энергопотреблению, весь чип работает при 1 В, что меньше суммы Vth PMOS и NMOS при процессах 0,13 мкм. Поэтому многие устройства, особенно в аналоговых и радиочастотных секциях, работают в субпороговых и слабых отражающих областях, что значительно снижает энергопотребление, но также создаёт трудности для проектирования аналоговых радиочастотных схем. Приёмная секция использует структуру с нулевой IF, а системная структура всего чипа показана на рисунке 4.

　　LNA использует одноконечную входную структуру общего источника и затвора, при этом выход использует встроенные планарные индуктивности и регулируемые матрицы ёмкости в качестве согласованных нагрузок. Выход LNA напрямую подключён к одному концу нижнего микшера первой ступени, а другой вход этого двойного сбалансированного микшера Гилберта подключён к блоку питания, образуя структуру микшера в псевдодифференциальном режиме работы. Последний этап буфера привода в передающей секции использует однотранзисторный NMOS-усилитель с открытой дренажной структурой, а слив которого напрямую подключён к сети согласования индуктивности и ёмкости вне чипа. Сливной каскад этого NMOS-транзистора напрямую подключён к блоку питания, поэтому для предотвращения повреждения чипа необходимо использовать транзистор с толстым затвором с двойным затвором NMOS. Передатчик имеет простую структуру, а его VCO работает в самоколеблющем состоянии. Потери связи на канале связи можно регулировать с помощью RSSI-базового автоматического контроля усиления (AGC), а коэффициент усиления буфера привода передатчика можно регулировать, что повышает эффективность передачи мощности.

　　3.3 Беспроводной чип-трансивер на основе коммуникации человеческого тела

　　В 2007 году исследовательская группа под руководством Сон-Джуна Сона из Корейской академии наук разработала в мире устройство с наименьшим энергопотреблением и биоканальный беспроводной трансиверный чип, способный передавать данные со скоростью 2 Мбит/с [55]. Этот чип использует широкополосную коммуникационную технологию, аналогичную UWB, опираясь на почти магнитное поле тела для передачи коммуникационных данных. Весь трансивер интегрирован полностью цифровой системой трансивера (см. рисунок 5), без цифровой модуляции. Чип работает при напряжении 1 В, при энергопотреблении всего 0,2 мВт и площади чипа 0,85 мм². Его общая производительность делает его очень подходящим для соединения носимых чипов, требующих коротких расстояний, высокой скорости передачи данных и крайне низкого энергопотребления.

　　Поскольку этот чип разработан на основе принципов человеческой коммуникации, его рабочая частота может составлять 1~200 МГц с использованием CMOS процесса 0,25 мкм. Весь чип трансивера имеет только один электрод проводящего сигнала, который контактирует с кожей человека или крепится к одежде, что устраняет необходимость в дополнительных глобальных заземляющих электродах, необходимых для традиционной беспроводной человеческой связи. Передатчик микросхемы в основном состоит из кольцевого генератора, генератора псевдослучайного кода (PRBS) и буфера драйверов. Приёмная секция чипа состоит из аналогового переднего усилителя, схемы смещения уровня, триггера Шмитта и схемы фазовой блокировки (CDR) с восстановлением тактового сигнала. Для снижения энергопотребления чип использует прямую цифровую передачу без модуляции, используя широкополосную передачу данных на частоте 200 МГц, полностью цифровую схему восстановления тактового сигнала, полностью цифровой цифровой осциллятор (DCO) и технологию квадратурного дискретирования. Применение этих низкомощных технологий проектирования схем минимизирует энергопотребление в самых энергоёмких фронтальных усилителях и тактовых схемах.

　　Рисунок 4 Блок-схема принципа радиочастотных передатчиков компании Toumaz

　　Рисунок 5: Беспроводной трансивер на основе принципов человеческой коммуникации

　　4. Перспективы носимых медицинских беспроводных трансиверных чипов

　　В современном обществе люди испытывают огромное давление со стороны работы и жизни. По мере того как требования людей к здоровью продолжают расти, носимые медицинские чипы постепенно интегрируются в повседневную жизнь. С постоянным развитием биомедицинской инженерии и микроэлектронных технологий носимые медицинские чипы постепенно становятся всё более миниатюризированными и сетевыми элементами. Носимые медицинские микросистемы требуют ношения физиологических сигнальных узлов, поэтому миниатюризация необходима для поддержания низкой нагрузки пациентов во время длительного ношения. В то же время физиологические характерные сигналы пациентов должны передаваться через беспроводные сети к узлам центральной базы или другим сенсорным узлам, что делает сеть самым фундаментальным требованием для развития. Поэтому современные носимые медицинские чипы неизбежно движутся к полностью интегрированым SoC для достижения миниатюризации и низкой стоимости; В то же время встроенная встроенная схема радиочастотных трансиверов позволяет удобно и в реальном времени передавать сигналы узлов датчиков, обеспечивая мобильный мониторинг состояния здоровья человека в любое время и в любом месте.

　　В настоящее время на международном уровне не существует специализированного стандарта беспроводной связи для персональных носимых медицинских систем. Серия стандартов IEEE802.15, ориентированная на промышленный, домашний и медицинский рынок недорогой и энергопотреблённой беспроводной связи, используется для разработки персональных носимых медицинских чипов. Хотя носимые медицинские чипы на базе Zigbee, Bluetooth и WLAN уже разработаны, их протоколы связи не предназначены специально для носимых медицинских приложений. Их MAC-слой и QoS не могут быть оптимизированы для низкого энергопотребления, высокой скорости передачи и характеристик коротких расстояний беспроводной медицинской передачи, поэтому они пока не соответствуют требованиям приложений. Столкнувшись с этими вызовами, у конструкторов медицинских чипов всё ещё есть значительный потенциал для развития в проектировании низкомощных схем и методах беспроводной передачи связи. Многие инновационные структуры и концепции схем, основанные на этих аспектах, всё ещё требуют дальнейших исследований и практического совершенствования. С развитием технологий беспроводной связи, совершенствованием технологий интегральных схем и непрерывным развитием рынков приложений эти проблемы неизбежно будут решены и приведут современные проекты в области человеческого здравоохранения к недорогому, миниатюрному, интеллектуальному и сетевому развитию.