imec und Holst Centre Energieeffizienter Bio-Sensor-Hub für Healthcare-Wearables

Energieeffizienter Bio-Sensor-Hub für Healthcare-Wearables
Energieeffizienter Bio-Sensor-Hub für Healthcare-Wearables

Für den Einsatz in Wearables haben imec und das Holst Centre einen energieeffizienten SoC entwickelt, auf dem eine Vielzahl von biomedizinischen analogen Interfaces und DSP-Funktionen integriert sind.

Die Leistungsaufnahme ist so niedrig, dass der Hub mehrere Tage mit einer einzigen Batterie arbeiten kann, ohne dazwischen aufgeladen waren zu müssen.

Wegen der kleinen Bauform lässt sich das SoC einfach in Wearables einbauen. Damit will imec den Weg für neue innovative Produkte für Connected Healthcare öffnen, die über das schlichte Monitoring hinausgehen und vorbeugendes, vorausschauendes und personalisiertes Patienten-Management ermöglichen.     

Zu den analogen biomedizinischen Interfaces gehören Schnittstellen für die ECG-Kanäle, Photo-Plethysmography (PPG), Galvanic Skin Response (GSR), zwei Mehrfachfrequenz-Bio-Impedanz-Kanäle (BIO-Z), die neue Verfahren wie etwa Impedance-Tomography, Körper-Flüssigkeitsanalysen und Stroke Volume Measurements ermöglichen. Außerdem stehen drei weitere rekonfigurierbare Kanäle zur Verfügung.  

Bisher hatten multimodale analoge Ausleseeinheiten den Nachteil, dass sie nicht über DSP-Funktionen verfügten – und wenn doch, dass sie einfach zu groß waren, um in Wearables Platz zu finden.  Zwar sind derzeitig erhältliche konfigurierbare Ausleseeinheiten kleiner, erreichen aber nur eine unzureichende Leistungsfähigkeit.

Mit dem neuen Sensor-Hub-SoC haben imec und das Holst Centre diese Einschränkungen überwunden. Es kombiniert die Ausleseeinheiten – unterstützt durch einen Cortex M0+ Controller von ARM plus Beschleunigern für die Abtastraten-Konversion – mit Matrix-Processing, Data-Compaction sowie einem Power-Management-IC (PMIC). Der PMIC arbeitet mit Spannungen von 2,9 bis 5,5 V und generiert die jeweils für die Readout-Einheiten benötigten Spannungen. Der PMIC ist für Dynamic Voltage Scaling ausgelegt und für  Low-power- sowie hohe Leistungsfähigkeit optimiert. Er lässt sich auf die Anforderungen bestimmter Healthcare-Systeme applikationsspezifisch anpassen.    
 
»Genaues und verlässliches Bio-Sensing ist für Wearables dringend erforderlich«, sagt Chris Van Hoof, Program Director Wearable Health am imec. »Wir arbeiten an den Bausteinen, die dafür erforderlich sind.« Der neue Hub könne in zahlreiche Wearables für den Gesundheits- und Wellness-bereich eingebaut werden. Dazu zählen Pflaster-Monitore, Brustbänder für die Messung des Herzschlags, Respiration or Hydration-Monitors, und Gurte für die Messung des Blutdrucks.

Der neue Sensor-Hub-SoC, den imec und das Holst Centre entwickelt haben, eignet sich für den Einsatz in  Healthcare-Wearables, die über das schichte Monitoring hinausgehen und echte Diagnosefunktionen sowie Patientenmanagement ermöglichen.