如何創(chuàng)建準(zhǔn)確的性能跟蹤運(yùn)動(dòng)可穿戴設(shè)備

無論您是在周末長跑還是參加休閑或?qū)I(yè)級(jí)別的運(yùn)動(dòng)，您都可能對準(zhǔn)確的方式來跟蹤您的進(jìn)度和表現(xiàn)感興趣?？纱┐髟O(shè)備提供了一種解決方案。

根據(jù)分析公司MarketsandMarkets的研究，到31年，體育技術(shù)市場預(yù)計(jì)將達(dá)到1億美元，可穿戴設(shè)備是最大和增長最快的細(xì)分市場。這也難怪，配備生物傳感器的可穿戴設(shè)備會(huì)不斷收集數(shù)據(jù)，并以方便舒適的形式出現(xiàn)，例如腕帶、衣服、胸帶、腰帶和珠寶。當(dāng)使用復(fù)雜的算法分析這些數(shù)據(jù)時(shí)，佩戴者可以獲得有關(guān)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和整體健康狀況的寶貴見解。

更明智地進(jìn)行健身

可穿戴設(shè)備可以跟蹤心率、血氧水平、壓力水平、體溫和睡眠質(zhì)量等關(guān)鍵參數(shù)。然后，用戶可以將這些見解應(yīng)用于更高效的鍛煉、更好的慢性病管理、更積極的預(yù)防性護(hù)理以及更個(gè)性化的醫(yī)療保健模式。特別是對于運(yùn)動(dòng)員來說，這些設(shè)備和軟件工具可以幫助進(jìn)行球員安全評估、預(yù)防鍛煉損傷以及身體調(diào)節(jié)和表現(xiàn)。例如，基于射頻技術(shù)的跟蹤系統(tǒng)可以跟蹤籃球運(yùn)動(dòng)員的加速度、跳躍和其他動(dòng)作。

有效的可穿戴運(yùn)動(dòng)技術(shù)必須高度準(zhǔn)確，提供有用的測量，在兩次充電之間長時(shí)間運(yùn)行，并且舒適且不引人注目。底層技術(shù)在實(shí)現(xiàn)這些特征中的每一個(gè)方面都起著關(guān)鍵作用。

生物傳感器揭示健康洞察寶庫

連續(xù)心率監(jiān)測提供心跳到心跳的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是心率變異性的指示，它告訴了很多關(guān)于身體的信息：

對運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)如何

它從活動(dòng)中恢復(fù)得如何

體能水平和任何相關(guān)改進(jìn)

它跟蹤目標(biāo)的程度如何

活動(dòng)期間的剩余能量

提供此類數(shù)據(jù)需要光學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)、低功耗電氣設(shè)計(jì)知識(shí)和算法能力。至于組件，理想情況下，它們應(yīng)該是精確的，小的，并且消耗很少的功率。

光學(xué)傳感器的進(jìn)步是可穿戴健康和健身監(jiān)測解決方案功效的重要貢獻(xiàn)者。傳感器現(xiàn)在可以準(zhǔn)確監(jiān)測光電容積脈搏波 （PPG）、體溫和其他生命體征。現(xiàn)在甚至還有用于可穿戴設(shè)備的生物傳感器模塊，這些模塊集成了多個(gè)參數(shù)，例如同步PPG和心電圖（ECG）監(jiān)測。PPG使用光來詢問組織，提供心動(dòng)周期中組織中血液體積變化的光學(xué)測量。另一方面，心電圖使用電極來測量心臟中的電信號(hào)。兩者都可用于提供心率測量，ECG傳感器還可以產(chǎn)生可靠的心率變異性數(shù)據(jù)。然而，PPG監(jiān)測尤其具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗鼤?huì)受到環(huán)境光、不同皮膚狀況和顏色、血液灌注和身體運(yùn)動(dòng)偽影的影響。

將光學(xué)傳感技術(shù)集成到可穿戴設(shè)備中的挑戰(zhàn)將因終端設(shè)備而異。例如，從智能手表獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果將比在入耳式監(jiān)聽器中更難。手腕是一個(gè)血液灌注低和運(yùn)動(dòng)量大的區(qū)域，會(huì)產(chǎn)生影響讀數(shù)的噪音。耳朵的血液灌注更高，因此可以產(chǎn)生更精確的測量結(jié)果。

開發(fā)平臺(tái)加快您的可穿戴設(shè)計(jì)周期

半導(dǎo)體解決方案的進(jìn)步解決了可穿戴設(shè)計(jì)的精度、功率效率和尺寸挑戰(zhàn)。例如，Maxim長期以來一直專注于開發(fā)能夠提供洞察力的產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)更健康的世界。例如，MAX-HEALTH-BAND 是一個(gè)評估和開發(fā)平臺(tái)，它流式傳輸來自傳感器的原始數(shù)據(jù)或處理原始數(shù)據(jù)以輸出心率、心率變異性、活動(dòng)分類、卡路里消耗和步數(shù)信息。該平臺(tái)可以縮短長達(dá)六個(gè)月的開發(fā)時(shí)間，包括：

MAX86140超低功耗光學(xué)脈搏血氧儀/心率傳感器（圖3），具有低噪聲信號(hào)調(diào)理模擬前端（AFE），包括19位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、環(huán)境光消除電路和柵欄檢測和替換算法。糾察柵欄算法可在不同的光線條件下（如陰影和強(qiáng)光）下始終如一地進(jìn)行準(zhǔn)確的心率檢測。

圖2.MAX86140原理框圖

MAX20303可穿戴電源管理IC （PMIC）（圖4），包括具有自動(dòng)諧振跟蹤功能的偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（ERM）/線性諧振執(zhí)行器（LRA）觸覺驅(qū)動(dòng)器、微靜態(tài)電流升壓和降壓穩(wěn)壓器、線性鋰離子電池充電器、微靜態(tài)電流低壓差（LDO）穩(wěn)壓器和可選的電量計(jì)

Maxim的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法，基于PPG信號(hào)提取數(shù)據(jù)

MAX-ECG-MONITOR 為監(jiān)測臨床級(jí)心電圖和心率提供了一個(gè)評估和開發(fā)平臺(tái)。它有用于臨床應(yīng)用的濕電極貼片，以及用于健身應(yīng)用的胸帶。該平臺(tái)包括MAX30003超低功耗、臨床級(jí)、集成生物電位AFE，提供ECG波形和心率檢測。其連續(xù)測量可用于趨勢型或預(yù)測型應(yīng)用。由于該平臺(tái)的內(nèi)置心率檢測功能包括中斷功能，無需在微控制器上運(yùn)行心率算法，因此可在高運(yùn)動(dòng)環(huán)境中以極低的功耗產(chǎn)生強(qiáng)大的R-R檢測。該平臺(tái)通過幾個(gè)關(guān)鍵特性支持較長的電池壽命：在 85.1V 電源電壓下以 1μW 工作，以及允許微控制器僅在每次心跳時(shí)喚醒的可配置中斷，從而降低整體系統(tǒng)功耗。

總之，從可穿戴外形提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)需要精確、節(jié)能且小巧的基礎(chǔ)技術(shù)。IC供應(yīng)商正在為設(shè)計(jì)人員提供資源，以創(chuàng)建智能手表，胸帶，服裝和其他可穿戴設(shè)備，以提供連續(xù)，實(shí)時(shí)的健康和健身見解，以塑造其性能。本文的擴(kuò)展版本最初出現(xiàn)在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。

審核編輯：郭婷