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ADI 亚德诺半导体

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打破智能可穿戴设备 “功能鸡肋”,ADI体征信号监测技术助力实现 “健康监测”

2019-08-09
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据IDC最新发布的数据显示,可穿戴设备19Q1全球出货量达4960万台,中国可穿戴设备市场出货量为1950万台,已经成长为全球第一的智能可穿戴市场。中国智能可穿戴设备市场需求急速增长,而消费者最期待的“健康监测”功能实现在设计上面临着诸多痛点。近日在2019年智能可穿戴健康监测电子技术论坛峰会上,ADI中国区医疗市场总监彭智峰现场应用工程师Jack Wu详细说明了ADI领先的体征信号监测技术在如何解决智能可穿戴设备设计中的挑战。



智能可穿戴设备设计与功能痛点如何破?
据彭智峰的介绍,ADI针对医疗保健市场的产品大致可分为三大类:
  • 体征信号监测类
  • 治疗类产品
  • 理疗类产品
所谓体征信号检测,即例如可穿戴设备监测血糖、智能测量血压与心电监护等,目前国内的可穿戴设备厂家大多聚焦该领域,实现起来比较简单,属于第二类医疗器械或纯粹消费电子产品。而患者最期待的可穿戴设备功能是健康监护,真正能够实现落地应用还有一定距离。在彭智峰看来,要把智能可穿戴从一小撮潮人人群扩散到大部分消费者,从纯粹耍酷的玩具变成满足消费者刚需的国民级应用,需要在可穿戴设备上实现医疗级别的体征信号监测和判断,从而把这些应用真正下沉到三四线用户群体。


健康体征监测是催生可穿戴行业高速增长的关键。纵观产业现状,可穿戴产品产业几乎都受到体征信号监测需求推动,包括手环、手表、智能鞋、衣帽,健康功能不可或缺。可穿戴设备检测的健康体征信号包括血压、血氧、运动、体脂、体温、运动状态以及呼吸监测等,越来越多的指标丰富了体征信号的采集,要将具体的信号指标在可穿戴设备中采集并处理,则需要借助最新传感器、模拟混合信号处理及相应的数字处理算法来实现。而ADI可提供从最开始的传感器到信号处理信号链(AD/DA)、信号通信、到最后的算法(通过ADI的生态系统伙伴合作)等完整的生态链解决方案。

体征信号监测在可穿戴设备中的应用

ADI移动医疗全体征监测方案


此外,彭智峰还指出,在利用可穿戴设备进行光电法测量生理体征信号时,环境光干扰是一个大问题,对光电测量的影响不容忽视,例如室内照明以及室外日光都会对测量的准确性和可靠性产生影响。而ADI的光电采集方案内部电路以及光路独特设计能够非常有效地抑制外部环境光干扰,大大提高了测量的精度。ADPD188GG作为ADI最新量产的一款完整的光电式测量模块,集成一个高效率光电式测量前端、两个LED和两个光电二极管(PD),同时可提供同类产品中最佳的环境光干扰抑制性能。所有这些器件采用紧凑型封装,其厚度只有0.9mm,为可穿戴设备大大节省器件的堆叠空间。其优化的光学结构可防止LED的光线未进入被测对象而直接反射到光电二极管,从而抑制内部光污染。其双PD设计,可以更优化佩戴检测的灵活性和可靠性。


解锁全体征监测技术,ADI全面布局可穿戴医疗市场信号链
除了上述提及的光电法测量外,体征信号采集与处理的主要技术是从阻抗、生理电势、体温、运动和环境入手,ADI目前已有一系列产品支持多种便携式医疗保健领域应用。例如为迎合可穿戴设备中电源管理特定的低功耗、小体积及低成本的要求,ADI专门设计的芯片如ADP5061/5ADP150ADP160等,在可穿戴市场都有很好的表现。尤其是在光电法测量生理体征信号方面,ADI的ADPD系列传感器及信号处理方案,正在被几乎所有大的品牌客户设计使用。


据Jack Wu介绍,ADI 最新一代高性能多模传感前端ADPD4000系列主要用于可穿戴产品的功能设计,能实现诸如PPG、血氧的测量以及ECG、阻抗、体温的测量等。它可作为完整的多模式传感器前端运行,从而激励多达八个 LED 并在多达八个单独的电流输入上测量返回信号。ADPD4000系列提供时分复用的十二个采样时隙,每个采样时隙支持1个参数/功能的测量,数据输出和功能配置采用串行接口 (SPI/I2C),可以灵活配置LED和同步检测功能。同时,ADPD4000还可抑制来自异步调制光信号干扰导致的信号失调,而无需使用光学滤波器或外部控制的直流消除电路。提供多种工作模式,可以用作光电二极管、生物电势电极、电阻、电容和温度传感器等模拟量的模数转换。


针对生理电势&阻抗测量,最成熟的应用是测量呼吸以及心电图(ECG),Jack提到ADI提供了ECG单导联和多导联两种方案:以性价比为优势的单导联ADI心率监护仪模拟前端AD8233因其超小体积和超低功耗等特点,目前已被多家心电手环和心电胸贴厂商看重并应用;而对应的多导联方案,ADI另外一款高集成度的ADAS1000集成多导联心电,呼吸及起搏信号检测等功能于一身,是高性能诊断级ECG监测的首选方案。

ADI生理电势测量主推产品


此外,连续无创式血压(CNIBP)测量作为一种实时或以较短时间间隔监测人体血压的技术,ADI同样供了大量的高集成度PPG AFE、ECG AFE、低功耗MCU、电源管理等解决方案,使可穿戴CNIBP应用的产品质量和可靠性达到最佳程度。


总结
智能可穿戴设备的产品更新换代讲求快速跟随市场和消费者(包括患者)的需求,产品更新换代短平快,完整或者近乎完整的解决方案才是客户刚需。因此,如何在发挥ADI最强项的信号调理和信号处理能力基础上,集成电源、无线传输等完整信号链,推出模组、甚至是完整的系统级解决方案都是ADI布局移动医疗的重中之重。
“ADI以信号链角度入手,从前端传感器的信号采集,ADC调理,MCU/CPU数据处理,无线传输到云端以及其中的电源&能量采集,ADI做到了全信号链覆盖,甚至还协同客户以及合作伙伴提供了相应的软件算法以及云端的处理方案等,致力于提供系统级的解决方案。此外,ADI 还有专门的团队提供评估板、仿真工具,应用专业技术以及相应的算法研究,能够为客户的设计和开发工作提供全方位支持。”Jack强调道。


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