TZ1000高性能低功耗助力健康可穿戴 - 全文

　　2015年國務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見指出，充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的高效、便捷優(yōu)勢，提高資源利用效率，降低服務(wù)消費(fèi)成本，而智能硬件與物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步結(jié)合也屬于這一范疇。借助物聯(lián)網(wǎng)、借助大數(shù)據(jù)，智能硬件可以更好地融入生活，形成一整套生態(tài)圈。因此，支持智能健康產(chǎn)品創(chuàng)新和應(yīng)用，硬件與軟件充分結(jié)合，推廣全面量化健康生活新方式成為了一個熱門話題。鼓勵健康服務(wù)機(jī)構(gòu)利用云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)搭建公共信息平臺，提供長期跟蹤、預(yù)測預(yù)警的個性化健康管理服務(wù)。鼓勵服務(wù)機(jī)構(gòu)應(yīng)用基于移動互聯(lián)網(wǎng)的便攜式體檢等設(shè)備。這里不得不提到當(dāng)下智能設(shè)備在醫(yī)療健康中涉足。2015年上半年，不同行業(yè)領(lǐng)軍代表紛紛入駐智能硬件領(lǐng)域，以醫(yī)療健康、家居娛樂、健身運(yùn)動為象征的應(yīng)用得到大范圍的推廣，這讓我們不得不深思，如何保證智能硬件在醫(yī)療健康中發(fā)揮其應(yīng)有的角色。

　　健康智能硬件發(fā)展

　　2015年上半年國內(nèi)智能硬件行業(yè)報告顯示，國內(nèi)智能硬件銷售額同比增長264%，用戶量同比增長了215%，而智能硬件單價也同比增長了50元，其中不乏健康類產(chǎn)品。而同時很多人心中認(rèn)為健康智能設(shè)備必須立足于科技的前沿，最基本功能就是能夠完成精準(zhǔn)而有效的預(yù)測，同時價格在個人承受范圍內(nèi)，然而能夠滿足精準(zhǔn)測量的設(shè)備，目前定價普遍較高，同時由于外觀要求較高、研發(fā)成本遞增、開發(fā)平臺不專業(yè)、產(chǎn)品測試不達(dá)標(biāo)等因素，很多智能硬件會出現(xiàn)延遲上市局面。

　　目前健康類智能硬件大都具有測量心電圖或者脈搏監(jiān)測的功能，延伸的測量將擴(kuò)展為運(yùn)動、睡眠、健康等綜合數(shù)據(jù)的分析，通過APP了解你的身體狀態(tài)達(dá)到初期健康測量的目標(biāo)。但是同時人們又對此類可穿戴設(shè)備保留態(tài)度，因?yàn)檫@類產(chǎn)品大都體積較大或者耗電較快。此類產(chǎn)品的硬件大多包括處理器，傳感器，通信連接，存儲記憶等部分，基礎(chǔ)傳感器包括加速度計、陀螺儀、磁強(qiáng)計等，通信連接可能包括藍(lán)牙、USB、RF等多角度傳輸連接功能，同時此類健康設(shè)備還需要基礎(chǔ)安全措施，例如AES加密。那么問題來了，如何保證硬件和諧發(fā)揮最優(yōu)功能，同時滿足低功耗？

　　多合一東芝TZ1000系列

　　下一代可穿戴設(shè)備的關(guān)鍵點(diǎn)：運(yùn)動檢測、語境識別、血壓測量、皮膚電阻GSR（Galvanic Skin Response）監(jiān)測、超長電池壽命以及可無線充電。如何將這些功能融合到一個設(shè)備中，并且滿足優(yōu)美的外觀是十分重要的。東芝TZ1000系列應(yīng)用處理器目前集成了Bluetooth? Low Energy（LE）、低功率無線通信標(biāo)準(zhǔn)、傳感器、處理器和閃存。這些功能緊密地集成于單一的緊湊式封裝中，從而促進(jìn)了小型化的系統(tǒng)設(shè)計，降低了安裝面積，非常適用于小型可穿戴設(shè)備。 單一的封裝能夠滿足較多健康智能硬件的外觀需求，同時該應(yīng)用處理器對通過傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，AFE動態(tài)性能保證節(jié)能，僅消耗非常低的功率，所以適合應(yīng)用于要求電池長時間運(yùn)行的健康可穿載設(shè)備。

　　TZ1000系列基礎(chǔ)應(yīng)用低功耗示例：在活動監(jiān)測解決方案中，100mAh電池可以堅(jiān)持86天。而在心率監(jiān)測解決方案下，TZ10001解決方案在高精準(zhǔn)監(jiān)測結(jié)果條件下，使用100mAh電池可以堅(jiān)持7天。

　　圖1 活動監(jiān)測狀態(tài)下電流狀態(tài)圖示

　　*RMSE： Root Mean Squared 均方根誤差; Red line 紅線： Error compare to ECG 心電圖誤差比較。

　　圖2 心率監(jiān)測環(huán)境下精準(zhǔn)數(shù)據(jù)圖示

　　另外，TZ1000系列還可以滿足與外部傳感器的連接，開發(fā)者可以按照自己需求額外增加所需傳感器。

　　圖3 TZ1000系列示意圖

　　東芝半導(dǎo)體的TZ1000系列產(chǎn)品集成了高分辨率ADC，可以將來自外部傳感器的模擬信號（比如：脈搏波和心電圖）轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并將其傳輸至內(nèi)部處理器，具有DSP的高性能ARM?Cortex?-M4F和浮點(diǎn)處理單元將多個傳感器（內(nèi)部和外部傳感器）的數(shù)據(jù)得以結(jié)合，從而提高了準(zhǔn)確性。最終將原數(shù)據(jù)和處理后的數(shù)據(jù)傳輸通過集成的Bluetooth?LE控制器和RF電路，傳至外部設(shè)備，例如智能手機(jī)和平板電腦。目前，這一系列產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用在穿戴設(shè)備，比如活動監(jiān)視器、手鐲式智能手表以及眼鏡式裝置。

　　東芝半導(dǎo)體的TZ1000系列內(nèi)部構(gòu)造列表：

　　* 括號內(nèi)的數(shù)字是內(nèi)部微控制器的通道數(shù)。
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　　TZ1000系列開發(fā)應(yīng)用

　　東芝半導(dǎo)體的TZ1000系列開發(fā)應(yīng)用見下圖。我們可以看到TZ1000系列可以外部接連更多的生物醫(yī)學(xué)傳感器，同時具有無線充電、電池使用以及其他電源輸入的支持。另外，可以對傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸至便攜設(shè)備以及云空間。

　　圖4 TZ1000系列應(yīng)用

　　而對比市場其他競爭對手，TZ1000系列在功耗上也是具有明顯優(yōu)勢，充電次數(shù)的較少，進(jìn)而使得電池壽命增長。

　　目前市場上TZ1000系列中使用最多的芯片為TZ1011MBG，其擁有8.50x9.80x1.60mm的尺寸，更纖小，使得設(shè)計更靈活，同時供開發(fā)人員使用的參考板體積也超小，更加便捷的測試環(huán)境幫助工程師快速完成產(chǎn)品開發(fā)。

　　另外，除了硬件支持，TZ1000系列友好的醫(yī)療解決方案開發(fā)平臺HcSDP（Healthcare Solution Development Platform）使得工程師快速進(jìn)入開發(fā)進(jìn)程，同時還可以簡化各類應(yīng)用程序的測試。該平臺可以滿足工程師的許多開發(fā)需求，包括SDK（軟件開發(fā)工具包）、HDK（硬件開發(fā)工具包）、開發(fā)環(huán)境以及其他支持（相關(guān)文件和教育支持）。

　　l SDK包括智能手機(jī)應(yīng)用開發(fā)工具包（安卓/IOS和控制數(shù)據(jù)庫——藍(lán)牙通信）、TZ1000 FW開發(fā)（BSP板級支持包/藍(lán)牙軟件堆棧和傳感器處理數(shù)據(jù)庫）以及參考應(yīng)用；

　　l HDK包括Type-A（易擴(kuò)展其他傳感器支持）和Type-X（較小，在擴(kuò)展對其他傳感器支持時有局限性）；

　　l 開發(fā)環(huán)境包括Windows/MAC OS操作系統(tǒng)以及Keil MDK-ARM、IAR和Rowley的開發(fā)工具。

　　l 其他支持技術(shù)資料（最新技術(shù)手冊）以及技術(shù)研討會、Q&A支持等。

　　圖5 TZ1000系列開發(fā)平臺SDK結(jié)構(gòu)和特征介紹圖示

　　東芝半導(dǎo)體一直致力于幫助工程師在產(chǎn)品更符合市場需求的條件下，更快的開發(fā)產(chǎn)品，縮短研發(fā)周期、加快產(chǎn)品上市。針對軟件平臺與硬件平臺的充分結(jié)合，希望SDP開發(fā)平臺可以更好的幫助工程師完成更艱巨的任務(wù)。

　　未來

　　東芝半導(dǎo)體正在深入技術(shù)研發(fā)，面對更注重用戶體驗(yàn)的市場，我們來自前方的工程師會進(jìn)一步傾聽客戶的需求，更努力的完善解決方案，希望健康智能硬件不僅僅是一個可以預(yù)測人體數(shù)值的設(shè)備，更希望可以通過這些精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)為人類帶來更多健康幫助。