Intelligente Inhalatorsysteme

Intelligente Inhalatoren nehmen auch dann Batteriestrom auf, wenn sie nicht aktiv genutzt werden. Daher ist die Stromaufnahme im Standby-Modus ein zentraler Aspekt. Die „Low-Power“-Touchscreen-Produkte von Infineon verbrauchen im Standby-Betrieb branchenweit am wenigsten Strom: Mit 60 µA stellen sie ein zügiges Ansprechen auf Berührungen zum Aktivieren des tragbaren Geräts sicher.

Die Bluetooth™-Low-Energy-Lösung (BLE) von Infineon nimmt während einer 4 Sekunden dauernden Verbindung im Durchschnitt nur 5,7 µA Strom auf. Infineon bietet SRAM-Speicher mit der branchenweit niedrigsten Stromaufnahme im Bereitschaftsmodus: Ein Wert von 1,5 µA bei 16 MBit macht diese SRAMs zur idealen Technologie für Systemspeichererweiterungen und Datenpufferung. Beim Schreiben kritischer Daten beträgt die Stromaufnahme unserer nichtflüchtigen FRAM-Speicher nur 130 µA (2 MBit, 1 MHz). Der hierbei entstehende Energieverbrauch ist >200x niedriger als bei EEPROMs und >3.000x besser als bei NOR-Flash-Speichern.

Die Gehäuse von intelligenten Inhalationsgeräten müssen klein und dünn sein, damit sie bequem getragen werden können. Alle Produkte von Infineon sind WLCSP-fähig. Beispielsweise hat die Touchscreen-Lösung der 5. Generation von Infineon Abmessungen von lediglich 3,1 x 3,3 x 0,6 mm. Bei unserer BLE-Lösung sind es nur 3,5 x 3,9 x 0,6 mm.  Die Produkte der Reihen PSoC 4 und PSoC 5LP von Infineon kommen dank der Integration von analogen, digitalen und CapSense-Schaltungen mit kleineren Platinen aus.

„Smarte“ Inhalatoren müssen auch unter widrigen Bedingungen wie Regen, Schnee oder direkter Sonneneinstrahlung einwandfrei funktionieren. Die neuen PSoC™ Automotive Multitouch- und CapSense-Lösungen von Infineon verfügen über die branchenweit besten Technologien für Abdichtung und Berührungserkennung im Handschuhmodus. Damit ist sichergestellt, dass die medizinischen Inhalatoren unter allen möglichen Bedingungen eingesetzt werden können. Die nichtflüchtigen FRAM-Speicher von Infineon bieten eine annähernd unendliche Datenhaltezeit und optimalen Schutz für Ihre kritischen Daten durch 1.014 Schreib-/Lesevorgänge im Vergleich zu 106 bei Flash-Speichern und 105 bei EEPROMs.

Es gibt eine Reihe von Gründen, warum immer mehr Entwickler drahtlose Lösungen zum Aufladen der Geräte bevorzugen. Das Gerät braucht nirgendwo eingesteckt zu werden, und es gibt auch keine Kompatibilitätsprobleme mit den Steckern. Intelligente Inhalatoren ermöglichen die Nutzung mehrerer Batterien parallel, damit das Gerät kontinuierlich im Einsatz sein kann. Beim drahtlosen Laden können mehrere Batterien auch unter widrigen Bedingungen parallel geladen werden (keine Störungen durch Wasser/Regen oder direkte Sonneneinstrahlung). Ein weiterer Vorteil ist das reibungslose Laden unterwegs in Fahrzeugen oder an öffentlichen Orten ohne Kabelgewirr. Informieren Sie sich über die Basistechnologien für drahtloses Laden von Infineon.

Empfohlene Produkte für drahtloses Laden:

• OPTIGA™ Trust Charge von Infineon ist eine einbaufertige Lösung, die sich durch eine abgesicherte Geräteauthentifizierung für induktive, drahtlose Ladevorgänge auszeichnet. Eine abgesicherte Authentifizierung mit OPTIGA™ Trust Charge ist für das Gerät und den Nutzer von Vorteil.
• PSoC 6-Mikrocontroller für drahtlose Übertragung der Energie von einer Sendereinheit (PTU) zu einer Empfängereinheit (PRU). Der Inhalator fungiert hierbei als PRU. Wenn Sie sich über diese Art der Energieübertragung eingehender informieren möchten, bietet sich ein Blick auf das Beispielprojekt PSoC Creator^TM an. Bei dieser Konfiguration verbindet sich die drahtlose PTU automatisch mit den PRU-Geräten. Die PTU (Ladeeinheit) nutzt anstelle des klassischen Geräteerkennungsverfahrens das WPT-Service-Handle des Signalisierungspakets für eine rasche Erkennung der PRU. Wenn eine Verbindung aufgebaut wurde, leitet die PTU automatisch einen Austausch grundlegender Informationen ein, d. h. sie sendet eine Leseanforderung an das Static Parameter-Element der PRU (z. B. intelligenter Inhalator), eine Schreibanforderung an das Static Parameter-Element der PTU, aktiviert die Benachrichtigung des Alert- Elements und gibt den Ladevorgang frei. Einmal pro Sekunde wird dann eine Leseanforderung an das Dynamic Parameter-Element der PRU gesendet. Mit dem Pioneer Kit können Sie Ihr Projekt starten.

In intelligenten Inhalatoren ist bei ständig zunehmender Datenmenge eine zuverlässige Daten- und Messwerterfassung notwendig. So werden beispielsweise Daten zur Inhalatornutzung oder die Umgebungsbedingungen beim Gebrauch des Inhalators aufgezeichnet. Diese Daten stehen dem Nutzer dann zur Analyse und Unterstützung des Behandlungsplans zur Verfügung.

Außerdem werden Behandlungspläne immer häufiger von der Arztpraxis oder dem Behandlungszentrum drahtlos auf das Gerät des Nutzers übertragen.

Die Entwickler stehen vor den folgenden Herausforderungen:

• Maximierung der Batterielaufzeit des intelligenten Inhalators durch Einsatz von Komponenten mit möglichst geringer Stromaufnahme.
• Erreichen einer ausreichenden Speicherdichte des nichtflüchtigen Speichers und lange Lebensdauer hinsichtlich der Schreibzyklen zur kontinuierlichen Aufzeichnung der Daten während der Nutzungsdauer des Geräts.
• Verwendung von Komponenten mit möglichst geringem Platzbedarf, um medizinische Geräte mit besonders kleinem Formfaktor herzustellen.

MicroPower^TM-SRAM und nichtflüchtige F-RAM^TM-Speicherbausteine zeichnen sich durch den weltweit niedrigsten Energiebedarf zur Pufferung und Speicherung von Daten bei extrem kleiner Bauform aus.

Excelon™ Ferroelectric-RAM (F-RAM): Nichtflüchtiger Speicher mit besonders niedriger Stromaufnahme

• Diese Speicherkomponenten benötigen 200 Mal weniger Energie als EEPROMs und 3.000 Mal weniger Energie als NOR-Flash-Speicher.
• Sie sind mit Speicherdichten von bis zu 8 MB verfügbar und bieten eine Lebensdauer von 1.000 Billionen Schreibzyklen. Das bedeutet, dass mehr als 3.000 Jahre lang jede Millisekunde Daten aufgezeichnet werden können.
• Sie verfügen über ein kompaktes GQFN-Gehäuse.

Wichtige Produktmerkmale

• Stromaufnahme im aktiven Betrieb: 0,6 mA bei 8 MHz
• Stromaufnahme im Standby-Betrieb: 1 µA
• Stromaufnahme im Ruhezustand: 0,1 µA
• Lebensdauer (Schreiben): 1.000 Billionen Schreibzyklen
• Kompakte Bauform: 8-Pin-GQFN-Gehäuse mit ~10 mm²

Atemgesteuerte Inhalatoren mit integriertem Dosierzähler gelten zunehmend als wichtiges Hilfsmittel für Asthmatiker: Zerstäuber, vor allem softwaregestützte Systeme, die die Wirkstoffdeposition in der Lunge sowie die Gesamtdosierung präzise steuern können, werden bei Inhalationstherapien eingesetzt. Eine effektive Inhalationstherapie hängt von den verfügbaren Daten ab (Nutzung eines Inhalators, Umgebungsbedingungen, Vorlieben des Nutzers), die hauptsächlich mithilfe von Sensoren gewonnen werden. Hier kommen viele Faktoren im Zusammenhang mit dem Patienten, dem Gerät, dem Medikament und der Umgebung ins Spiel.

DPS310-Luftdrucksensoren von Infineon bieten ein ausgezeichnetes Signal/Rausch-Abstandsverhalten und hohe Temperaturstabilität. 

Der XENSIV™ DPS368 von Infineon ist ein ultrakleiner, wasserdichter Drucksensor. Mit seiner Schutzklasse IPx8 ist er vor Wasser, Staub und Feuchtigkeit geschützt. Beim XENSIV^TM DPS368 handelt es sich um einen digitalen Luftdrucksensor im Miniaturformat mit besonders hoher Präzision (±2 cm) und niedriger Stromaufnahme. Er dient sowohl zur Druck- als auch zur Temperaturmessung. Dank seines robusten Gehäuses bleibt er auch in einer Wassertiefe von 50 m eine Stunde lang funktionsfähig (Schutzklasse IPx8). Das Drucksensorelement funktioniert auf der Basis kapazitiver Sensorik, die auch bei Temperaturschwankungen hohe Präzision gewährleistet. Das kleine Gehäuse (2,0 x 2,5 x 1,1 mm³) prädestiniert den DPS368 für intelligente Inhalatoren, mobile Anwendungen und Wearables.

Diese winzigen „smarten“ Inhalatoren sind in der Lage, Benachrichtigungen an vernetzte Geräte wie Smartwatches oder Mobiltelefone zu senden und von diesen zu empfangen. Eine integrierte Software erinnert den Nutzer an fällige Behandlungszyklen und empfängt entsprechende Rückmeldungen zur Nutzung vom Gerät. Der Datentransfer erfolgt, während der Inhalator die Nutzung sowie zusätzliche, vom Sensor erfasste Daten zur Verfolgung von Umgebungsdaten überwacht und aufzeichnet. Der Patient hat dann die Möglichkeit, diese Statistiken von seinem aktuellen Standort aus an die Arztpraxis oder Klinik zu übermitteln.

PSoC® 6 – Die PSoC 6-MCU-Architektur von Infineon mit besonders geringer Stromaufnahme bietet die von IoT-Geräten wie „smarten“ Inhalatoren benötigte Verarbeitungsleistung und vereint so geringen Energieverbrauch und hohe Leistung. Der Mikrocontroller PSoC 6 weist eine Zweikern-Architektur auf, wobei beide Kerne auf einem einzelnen Chip angeordnet sind. Er ist mit einem Arm® Cortex®-M4-Prozessorkern für Hochleistungsaufgaben und einem Arm Cortex‑M0+-Prozessorkern für Anwendungen mit niedriger Leistungsaufnahme ausgestattet. Integrierte Sicherheitsfunktionen sorgen dafür, dass Ihr System effektiv geschützt ist.

OPTIGA™ Connect OC1110 – Diese Lösung mit anschlussfertig montierten, eingebetteten SIMs (eSIMs) von Infineon bieten eine Lösung für mobile Verbrauchergeräte. Sie ist besonders gut zur Erweiterung der mobilfunkgestützten Konnektivität auf Geräte wie intelligente Inhalatoren, Smartwatches, Fitness Tracker und andere Wearables geeignet. Diese einbaufertige Lösung führt eine sichere Authentifizierung des Geräts beim betreffenden Mobilfunkanbieter durch.

„Smarte“ Inhalatoren speichern große Mengen an sensiblen, personenbezogenen Daten. Die Gerätehersteller (OEMs) und Anbieter von e-Commerce-Diensten reagieren darauf mit einer stärkeren Authentifizierung.

Nutzerauthentifizierung über Fingerabdrucksensor

Fingerabdrucksensoren ermöglichen einen komfortablen und sicheren Zugriff auf intelligente Inhalatoren. Der Fingerabdrucksensor PSoC™ Automotive Multitouch von Infineon wurde speziell für diese Geräte entwickelt. Infineon bietet den Geräteherstellern einen Fingerabdrucksensor in der jeweils gewünschten Größe an, der sich flexibel in jedes beliebige mobile Gerät einbauen lässt. Die Lösung beinhaltet einen vollständigen Software-Stack mit FIDO-Komponenten, der problemlos in jedes Android^®-Mobilgerät eingebunden werden kann. Es stehen Tools zum ausführlichen Testen der Bedienbarkeit zur Verfügung, mit denen kundenspezifische Sensoren zügig fein abgestimmt werden können, was auch zu einer Verkürzung der Zeit bis zur Marktreife beiträgt. Der Fingerabdrucksensor PSoC™ Automotive Multitouch bietet eine erstklassige Leistung bei der Erkennung und beim Mustervergleich von Fingerabdrücken und ist somit die ideale Komponente für die Entwicklung und Integration einer effizienten Nutzerauthentifizierung für Mobilgeräte. Kontaktieren Sie uns bei Interesse unter ttfingerprint@cypress.com

Branchenweit weisen die PSoC™ Automotive Multitouch- und CapSense®-Touchscreen-Lösungen die niedrigste Stromaufnahme und den höchsten Signal/Rausch-Abstand (SNR) sowie optimale Wasserdichtigkeitseigenschaften auf. So lassen sich intuitive Bedienoberflächen zum Senden, Empfangen und Steuern von Benachrichtigungen realisieren.