TI-AFE在新型健康檢測產(chǎn)品的應(yīng)用介紹

從IDC對于2015，2016，2019以及2020年智能穿戴出貨量的調(diào)研報告可以看出，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（市場份額37.4%），小天才（市場份額7.4%），樂心和華為（5.4%和5.1%）以及蘋果（3.4%）。而到了2020年，智能穿戴市場的主要生產(chǎn)商有了一個很大的改變。從上述的幾家生產(chǎn)商變成了以手機廠商為主的主要生產(chǎn)商，如華為，小米，OPPO，蘋果以及步步高。同時從份額上看，已經(jīng)不再是小米一家獨大的局面，在各家手機廠商加入到智能穿戴市場后，局面變成了多極化趨勢。每一家手機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，華為的出貨量僅為639千臺。到2019年同季度，其出貨量飆升至6182千臺。而到2020年，穿戴設(shè)備的出貨量仍有小幅增長，達到6761千臺。由此可見，智能穿戴市場仍有很大的發(fā)展?jié)摿?，越來越多不同?a target="_blank">公司也加入到了這個市場當(dāng)中爭奪份額。

開發(fā)不同的新產(chǎn)品最重要的一點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，健康一直是每個人關(guān)注的話題，如何及時查看自身的健康情況的這種需求將會是顧客未來注重的一個看點，同時也是產(chǎn)品需要具備的賣點之一?？蛻粝Ｍㄟ^簡單的方法去了解自身的情況而不是去醫(yī)院進行定期的身體檢查。因此，如果是一款可以集成睡眠監(jiān)測、運動檢測，甚至支持生物信號檢測的智能手表，如心電圖（ECG）、光電容積脈搏波（PPG）、生物阻抗（BIO-Z）測量等。那么這種產(chǎn)品能否吸引客戶去購買嗎？答案是肯定的。所以，集成不同的健康檢測功能，逐漸成為智能穿戴產(chǎn)品的主流趨勢。由于這類型智能可穿戴產(chǎn)品或者便攜式健康監(jiān)護儀，完全不像傳統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備（尤其是在于產(chǎn)品尺寸和測量精度）。因此，我們稱之為 “新型健康監(jiān)護產(chǎn)品”。

人體有很多類型的生理信號，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，可以通過測量身體的電信號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，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號去提供人體內(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)測產(chǎn)品去看到相關(guān)的數(shù)據(jù)。

圖三：簡化的PPG檢測流程

由此可見，要滿足新型健康監(jiān)測產(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)用場景、多通道等需求。此外，由于生理信號在身體內(nèi)會比較微弱，也容易受到外界的干擾，所以AFE還需要能夠檢測微弱信號，放大信號以及擁有合適的抗干擾能力。以心電圖測量為例，人們利用與人體相連的兩個電極之間的差分電壓，或者多個電極之間（針對不同導(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非常微弱且難以檢測，因此高精度放大器對于測量這些電信號必不可少。 TI 可以通過使用不同的 AFE 產(chǎn)品和設(shè)立整個系統(tǒng)解決方案來應(yīng)對這些應(yīng)用。在檢測心電圖當(dāng)中，我們可以通過使用 ADS129x 系列（此處以ADS1292R作例子）來實現(xiàn)。

ADS1292R 完全集成了ECG 檢測和呼吸阻抗測量 (RESP)，適用于便攜式、低功耗的生理信號測量產(chǎn)品。器件內(nèi)部有兩個低噪聲 PGA 和兩個高分辨率 ADC，用于微弱電信號的檢測，測量以及放大，同時PGA的增益是可選的，可以滿足不同的應(yīng)用場景。由于器件集成度高，其集成了右腳驅(qū)動電路 (RLD)、導(dǎo)聯(lián)斷開檢測等功能，因此ADS1292R在AFE市場上極具競爭力。對于客戶的定制化應(yīng)用，例如使用多通道同時用于 ECG 和 RESP 檢測與測量，可以通過并聯(lián)兩個 ADS1292R 輕松實現(xiàn)。更詳細的參數(shù)與使用方法可以通過ADS1292R的數(shù)據(jù)手冊去了解。

TI為不同的客戶提供了多種通道和功能選項的AFE，可滿足不同的需求的應(yīng)用場景，并且提供靈活的方案去實現(xiàn)相對應(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，在客戶的設(shè)計中需要全盤考慮這些特性，TI的產(chǎn)品能夠使設(shè)計更加靈活方便，可以幫助客戶簡化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，通過測出生物阻抗，經(jīng)過算法的計算以及推導(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能夠同時獲取不同的生理數(shù)據(jù)，在設(shè)計上不但簡化了復(fù)雜電路以及分離方案的互相干擾，同時給客戶帶來了產(chǎn)品的亮點。對于消費者來說，一個終端產(chǎn)品能夠集成多個功能測量一定是一個差異化的產(chǎn)品?；赥I的AFE產(chǎn)品種類繁多，以下是一個簡化的選型表格可以作為您選型的參考。

審核編輯：郭婷