TI-AFE在新型健康檢測(cè)產(chǎn)品中的應(yīng)用

如今，智能穿戴產(chǎn)品成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊粋€(gè)部分，耳機(jī)、智能手表、手環(huán)、智能眼鏡等產(chǎn)品已經(jīng)成為了現(xiàn)代人必備。 2014 年 9 月，Apple 推出了第一款智能手表。從那時(shí)候開始，蘋果在市場(chǎng)上就掀起了智能穿戴的帷幕，亞馬遜、三星、華為、OPPO、vivo等眾多公司都卷入了這場(chǎng)智能穿戴引起的浪潮。

從IDC對(duì)于2015，2016，2019以及2020年智能穿戴出貨量的調(diào)研報(bào)告可以看出，智能穿戴設(shè)備的出貨量在逐年增加。在2015年以及2016年的幾家主要生產(chǎn)商包括：小米（市場(chǎng)份額37.4%），小天才（市場(chǎng)份額7.4%），樂心和華為（5.4%和5.1%）以及蘋果（3.4%）。而到了2020年，智能穿戴市場(chǎng)的主要生產(chǎn)商有了一個(gè)很大的改變。從上述的幾家生產(chǎn)商變成了以手機(jī)廠商為主的主要生產(chǎn)商，如華為，小米，OPPO，蘋果以及步步高。同時(shí)從份額上看，已經(jīng)不再是小米一家獨(dú)大的局面，在各家手機(jī)廠商加入到智能穿戴市場(chǎng)后，局面變成了多極化趨勢(shì)。每一家手機(jī)廠商都把智能穿戴作為自身產(chǎn)品的生態(tài)環(huán)境的重要一部分。以華為的穿戴設(shè)備為例，2015年第四季度，華為的出貨量?jī)H為639千臺(tái)。到2019年同季度，其出貨量飆升至6182千臺(tái)。而到2020年，穿戴設(shè)備的出貨量仍有小幅增長(zhǎng)，達(dá)到6761千臺(tái)。由此可見，智能穿戴市場(chǎng)仍有很大的發(fā)展?jié)摿?，越來越多不同的公司也加入到了這個(gè)市場(chǎng)當(dāng)中爭(zhēng)奪份額。

開發(fā)不同的新產(chǎn)品最重要的一點(diǎn)是如何抓住客戶的目光，并且產(chǎn)品需要能夠滿足他們的需求。隨著科技的發(fā)展，健康一直是每個(gè)人關(guān)注的話題，如何及時(shí)查看自身的健康情況的這種需求將會(huì)是顧客未來注重的一個(gè)看點(diǎn)，同時(shí)也是產(chǎn)品需要具備的賣點(diǎn)之一。客戶希望通過簡(jiǎn)單的方法去了解自身的情況而不是去醫(yī)院進(jìn)行定期的身體檢查。因此，如果是一款可以集成睡眠監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，甚至支持生物信號(hào)檢測(cè)的智能手表，如心電圖（ECG）、光電容積脈搏波（PPG）、生物阻抗（BIO-Z）測(cè)量等。那么這種產(chǎn)品能否吸引客戶去購(gòu)買嗎？答案是肯定的。所以，集成不同的健康檢測(cè)功能，逐漸成為智能穿戴產(chǎn)品的主流趨勢(shì)。由于這類型智能可穿戴產(chǎn)品或者便攜式健康監(jiān)護(hù)儀，完全不像傳統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備（尤其是在于產(chǎn)品尺寸和測(cè)量精度）。因此，我們稱之為“新型健康監(jiān)護(hù)產(chǎn)品”。

人體有很多類型的生理信號(hào)，如剛剛所提到的PPG 和 ECG代表的是什么呢？ECG又稱之為心電圖，可以通過測(cè)量身體的電信號(hào)來診斷各種心臟的疾病和異常的狀態(tài)。相比之下，PPG利用新型健康產(chǎn)品的光發(fā)射器，產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的吸收光穿透人體的皮膚和血液，并且反射到接收器，在產(chǎn)品中通過轉(zhuǎn)換，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)去提供人體內(nèi)血壓和血流量的相關(guān)信息。最后，客戶可以通過智能手表、腕帶等便攜式監(jiān)測(cè)產(chǎn)品去看到相關(guān)的數(shù)據(jù)。

圖三：簡(jiǎn)化的PPG檢測(cè)流程

由此可見，要滿足新型健康監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的多應(yīng)用、多通道需求，AFE產(chǎn)品需要能夠支持多應(yīng)用場(chǎng)景、多通道等需求。此外，由于生理信號(hào)在身體內(nèi)會(huì)比較微弱，也容易受到外界的干擾，所以AFE還需要能夠檢測(cè)微弱信號(hào)，放大信號(hào)以及擁有合適的抗干擾能力。以心電圖測(cè)量為例，人們利用與人體相連的兩個(gè)電極之間的差分電壓，或者多個(gè)電極之間（針對(duì)不同導(dǎo)聯(lián)的需求）的差分電壓，取其平均值去反映心臟的狀態(tài)。由于人體中的電信號(hào)非常微弱且難以檢測(cè)，因此高精度放大器對(duì)于測(cè)量這些電信號(hào)必不可少。TI可以通過使用不同的AFE產(chǎn)品和設(shè)立整個(gè)系統(tǒng)解決方案來應(yīng)對(duì)這些應(yīng)用。在檢測(cè)心電圖當(dāng)中，我們可以通過使用ADS129x系列（此處以ADS1292R作例子）來實(shí)現(xiàn)。

ADS1292R完全集成了ECG檢測(cè)和呼吸阻抗測(cè)量(RESP)，適用于便攜式、低功耗的生理信號(hào)測(cè)量產(chǎn)品。器件內(nèi)部有兩個(gè)低噪聲PGA和兩個(gè)高分辨率ADC，用于微弱電信號(hào)的檢測(cè)，測(cè)量以及放大，同時(shí)PGA的增益是可選的，可以滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)景。由于器件集成度高，其集成了右腳驅(qū)動(dòng)電路(RLD)、導(dǎo)聯(lián)斷開檢測(cè)等功能，因此ADS1292R在AFE市場(chǎng)上極具競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于客戶的定制化應(yīng)用，例如使用多通道同時(shí)用于ECG和RESP檢測(cè)與測(cè)量，可以通過并聯(lián)兩個(gè)ADS1292R輕松實(shí)現(xiàn)。更詳細(xì)的參數(shù)與使用方法可以通過ADS1292R的數(shù)據(jù)手冊(cè)去了解。

TI為不同的客戶提供了多種通道和功能選項(xiàng)的AFE，可滿足不同的需求的應(yīng)用場(chǎng)景，并且提供靈活的方案去實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的功能。除了多樣化功能和通道，TI的AFE在功耗、噪聲性能、封裝尺寸等方面同樣有一定的優(yōu)勢(shì)，在客戶的設(shè)計(jì)中需要全盤考慮這些特性，TI的產(chǎn)品能夠使設(shè)計(jì)更加靈活方便，可以幫助客戶簡(jiǎn)化PCB布局并降低成本。

除了ADS129x系列，TI還有很多高度集成的產(chǎn)品可以支持各種應(yīng)用場(chǎng)景。例如，產(chǎn)品AFE4500可以支持上述功能以及生物阻抗分析和光學(xué)生物傳感，通過測(cè)出生物阻抗，經(jīng)過算法的計(jì)算以及推導(dǎo)，可以得到人體內(nèi)不同物質(zhì)的成分以及生理數(shù)據(jù)，如體脂，水分等。在市面上的一些終端產(chǎn)品也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了如何快速以及方便的去獲取人體的生理數(shù)據(jù)。除此之外，由于集成了ECG, PPG等功能，在便攜式或智能穿戴上使用AFE4500能夠同時(shí)獲取不同的生理數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)上不但簡(jiǎn)化了復(fù)雜電路以及分離方案的互相干擾，同時(shí)給客戶帶來了產(chǎn)品的亮點(diǎn)。對(duì)于消費(fèi)者來說，一個(gè)終端產(chǎn)品能夠集成多個(gè)功能測(cè)量一定是一個(gè)差異化的產(chǎn)品。基于TI的AFE產(chǎn)品種類繁多，以下是一個(gè)簡(jiǎn)化的選型表格可以作為您選型的參考。對(duì)于更多AFE器件，您可以查看參考鏈接去了解更多TI的AFE產(chǎn)品.

審核編輯 黃昊宇