可穿戴设备的生命体征监测

您的静息心率是多少,您的血压是否在正常范围内?

生命体征传感器从未如此智能、准确和易得。如今,这些传感器已经广泛应用于可穿戴健身追踪器、手表,并扩展至智能手机、耳机、戒指,甚至贴身贴片。

消费者为了优化健康、健身和生活方式,使用这些产品监测血氧、心率、睡眠时间、呼吸频率、身体成分、心脏疾病和皮肤温度等不断增多的参数。

医生和患者使用医疗级可穿戴传感器,持续而便利地监测医疗状况和治疗进展,提供更个性化、更高效的治疗,改善临床结果。

艾迈斯欧司朗的独到之处在于可提供发光二极管、光电二极管、光学前端、模拟前端集成电路和温度传感器完整组合,实现上述所有测量。我们为设计人员提供支持,使其在产品中迅速实现完整、高性能、低功耗、小尺寸设计的生命体征监测解决方案。我们产品的最新使用案例可以在有关智能戒指女性监测解决方案的新闻稿中看到。

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一站式提供所有关键组件 

光学生命体征监测首先测量光电容积描记(PPG)信号。LED发射光进入皮肤,相邻的光电二极管检测由血流变化引起的光吸收变化。通过捕获多个波长的PPG,进一步推导出血液参数,如氧合指数。然后,应用算法从PPG信号中推导出关键生命体征,如心率(HRM)、心率变异性(HRV)和血氧饱和度(SpO2)。

电生命体征监测通过与皮肤接触的电极放大微小的电压和阻抗变化,推导出心电图(ECG)、皮肤电反应(GSR)和生物阻抗(Bio-Z)等信号。

温度测量可以进一步用于推导核心体温。

将所有这些传感器数据汇总,使用先进的算法推导出更多指标,如血压、呼吸率、最大摄氧量(VO2 max)等生物标志物、静息心率,或提供其他信息,如生育能力、身体成分和恢复速度。

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光学前端(OFE)模组

放置LED和光电二极管以获得高质量且可靠的PPG信号并不容易。必须将其与皮肤的光学耦合最大化,同时尽量减少直接串扰,防止环境光泄漏。高端产品可能会部署多个LED、光电二极管和波长,尽量减少用户运动的影响,并获得更高级别的信号。

艾迈斯欧司朗的光学前端模组集成了高性能的LED光电二极管。优化元件放置,强化信号强度,并保持适当的光学隔离,可将其直接放入与皮肤接触的产品中。

使用这些光学前端,设计人员可在获得高性能PPG测量结果的同时,最大程度简化设计和制造过程。

模拟前端(AFE)

我们最先进的模拟前端集成电路包括单芯片解决方案,直接从LED、光电二极管和皮肤电极中获取高质量的数字PPG、心电图和生物阻抗测量数据。 

集成的功能包括LED驱动器、光电二极管读数、电信号放大器、在连续测量脉冲之间进行排序、模数转换和信号处理。通过SPI/I2C向处理器提供配置和数字信号读取。

我们的模拟前端专为超高信噪比进行了优化,并提供许多提高信号质量的方案。模拟前端进一步针对低功耗进行了优化,并采用小尺寸和低高度的封装设计。

这使得设计人员能够开发出性能优越、尺寸小巧、续航持久的健康和体能监测器。例如,耳机、健身手环、智能手表、运动手表和智能贴片。

发光二极管(LED)

LED专门设计用于功耗受限应用的生命体征监测。我们提供绿色、红色、红外线和所有相关波长的LED。这些LED转换效率高,正向电压低,可最大限度降低所需的驱动电流,使设计人员能够最大程度延长可穿戴产品的电池寿命。

光电二极管(光传感器)

光电二极管针对高性能PPG测量进行了优化。相比当今市场上标准光电二极管,我们的最新芯片LED和TOPLED D光电二极管灵敏度和线性度更高。此外,封装经过优化,可最大程度增加封装尺寸内的感光面积,并尽可能减少视觉干扰元素,有助于整体美学集成。


这使得设计人员能够设计出优质产品,在具有挑战性的环境光条件下提供更准确可靠的测量结果。

数字温度传感器

艾迈斯欧司朗提供全球最精准的数字温度传感器AS6221经过出厂校准,开箱即可在I2C上提供±0.09°的精度,无需校准或线性化。在同类产品中,该产品功耗最低,并采用紧凑的晶圆级芯片尺寸封装,非常适用于可穿戴的生命体征监测器。

体温是一项重要的生命体征,有多种应用场景,如生育能力追踪。然而,这需要将集成电路与皮肤进行密切的热耦合,这个过程将对封装施加机械应力。在同类产品中,AS6221具有最佳的机械应力耐受性,使设计人员能够在各种机械配置中实现可靠的高精度皮肤温度测量。阅读有关AS6221的新闻报道。

HRM、SpO2和呼吸率的算法

艾迈斯欧司朗提供用于测量心率(HRM)、血氧(SpO2)和呼吸率的算法。这些算法经过专门优化,可与我们的LED、PD和AFE输出的PPG数据配合使用,并根据CTA和IEC标准进行验证,使设计人员能够快速创建完整且高性能的生命体征监测解决方案。

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