应用领域：医疗健康

　　方案类型：模块板卡

　　主控芯片：STM32

　　方案概述

　　基于SMT32的非接触呼吸监控模块，采用UWB技术，可以实现3M以内，超低辐射功率-26dbm，精确度98%以上的测量结果，可以通过USB传输以及WIFI传输，外围接口以及功能应用可根据用户需求定制，提供基本的APP设计，模块加上外壳可直接输出产品。

　　相关产品系列：

　　STM32F0、STM32F1、STM32F2、STM32F3、STM32F4、STM32F7、STM32H7、STM32L0、STM32L1、STM32L4、

    stm32介绍

　　STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核(ST's product portfolio contains a comprehensive range of microcontrollers, from robust, low-cost 8-bit MCUs up to 32-bit ARM-based Cortex®-M0 and M0+, Cortex®-M3, Cortex®-M4 Flash microcontrollers with a great choice of peripherals. ST has also extended this range to include an ultra-low-power MCU platform)。按内核架构分为不同产品：

　　其中STM32F系列有：

　　STM32F103“增强型”系列

　　STM32F101“基本型”系列

　　STM32F105、STM32F107“互联型”系列

　　增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品;基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是32位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，相当于0.5mA/MHz。

　　stm32产品介绍

　　在STM32F105和STM32F107互连型系列微控制器之前，意法半导体已经推出STM32基本型系列、增强型系列、USB基本型系列、互补型系列;新系列产品沿用增强型系列的72MHz处理频率。内存包括64KB到256KB闪存和 20KB到64KB嵌入式SRAM。新系列采用LQFP64、LQFP100和LFBGA100三种封装，不同的封装保持引脚排列一致性，结合STM32平台的设计理念，开发人员通过选择产品可重新优化功能、存储器、性能和引脚数量，以最小的硬件变化来满足个性化的应用需求。

　　截至2010年7月1日，市面流通的型号有：

　　基本型：STM32F101R6、STM32F101C8、STM32F101R8、STM32F101V8、STM32F101RB、STM32F101VB

　　增强型：STM32F103C8、STM32F103R8、STM32F103V8、STM32F103RB、STM32F103VB、 STM32F103VE、STM32F103ZE

　　STM32型号的说明：以STM32F103RBT6这个型号的芯片为例，该型号的组成为7个部分，其命名规则如下：

　　1 STM32 STM32代表ARM Cortex-M内核的32位微控制器。

　　2 F F代表芯片子系列。

　　3 103 103代表增强型系列。

　　4 R R这一项代表引脚数，其中T代表36脚，C代表48脚，R代表64脚，V代表100脚，Z代表144脚，I代表176脚。

　　5 B B这一项代表内嵌Flash容量，其中6代表32K字节Flash，8代表64K字节Flash，B代表128K字节Flash，C代表256K字节Flash，D代表384K字节Flash，E代表512K字节Flash，G代表1M字节Flash。

　　6 T T这一项代表封装，其中H代表BGA封装，T代表LQFP封装，U代表VFQFPN封装。

　　7 6 6这一项代表工作温度范围，其中6代表-40——85℃，7代表-40——105℃。

　　历史

　　意法半导体 (STMicroelectronics) 集团于1987年6月成立，是由意大利的SGS 微电子公司和法国Thomson 半导体公司合并而成。1998年5月，SGS-THOMSON Microelectronics 将公司名称改为意法半导体有限公司,意法半导体是世界最大的半导体公司之一。从成立之初至今，ST 的增长速度超过了半导体工业的整体增长速度。自1999年起，ST 始终是世界十大半导体公司之一。据最新的工业统计数据，意法半导体 (STMicroelectronics) 是全球第五大半导体厂商，在很多市场居世界领先水平。例如，意法半导体是世界第一大专用模拟芯片和电源转换芯片制造商，世界第一大工业半导体和机顶盒芯片供应商，而且在分立器件、手机相机模块和车用集成电路领域居世界前列。

　　意法半导体 (STMicroelectronics) 整个集团共有员工近 50000 名，拥有16 个先进的研发机构、39 个设计和应用中心、15 主要制造厂，并在 36 个国家设有 78 个销售办事处。公司总部设在瑞士日内瓦，同时也是欧洲区以及新兴市场的总部;公司的美国总部设在德克萨斯州达拉斯市的卡罗顿;亚太区总部设在新加坡;日本的业务则以东京为总部;中国区总部设在上海，负责香港、大陆和台湾三个地区的业务。

　　ST 超低功耗 ARM Cortex™-M3 微控制器

　　STM32L 系列产品基于超低功耗的 ARM Cortex-M4处理器内核，采用意法半导体独有的两大节能技术：130nm 专用低泄漏电流制造工艺和优化的节能架构，提供业界领先的节能性能。该系列属于意法半导体阵容强大的 32 位 STM32 微控制器产品家族，该产品家族共有 200余款产品，全系列产品共用大部分引脚、软件和外设，优异的兼容性为开发人员带来最大的设计灵活性。

　　ST 超低功耗 ARM Cortex™-M0 微控制器

　　STM32F0 系列产品基于超低功耗的 ARM Cortex-M0 处理器内核，整合增强的技术和功能，瞄准超低成本预算的应用。该系列微控制器缩短了采用 8 位和 16 位微控制器的设备与采用 32 位微控制器的设备之间的性能差距，能够在经济型用户终端产品上实现先进且复杂的功能。

　　STM32F5

　　简介

　　ARM公司的高性能”Cortex-M3”内核

　　1.25DMips/MHz,而ARM7TDMI只有0.95DMips/MHz

　　一流的外设

　　1μs的双12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHz的I/O翻转速度

　　低功耗

　　在72MHz时消耗36mA(所有外设处于工作状态)，待机时下降到2μA

　　最大的集成度

　　复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡器等

　　简单的结构和易用的工具

　　参数

　　12V-36V供电

　　兼容5V的I/O管脚

　　优异的安全时钟模式

　　带唤醒功能的低功耗模式

　　内部RC振荡器

　　内嵌复位电路

　　工作温度范围：

　　-40°C至+85°C或105°C

　　101性能

　　36MHz CPU　多达16K字节SRAM 1x12位ADC温度传感器

　　103性能

　　特点

　　内核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz。单周期乘法和硬件除法。

　　存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器。

　　时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。上电复位(POR)、掉电复位(PDR)和可编程的电压探测器(PVD)。4-16MHz的晶振。内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40 kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振。

　　低功耗：3种低功耗模式：休眠，停止，待机模式。为RTC和备份寄存器供电的VBAT。

　　调试模式：串行调试(SWD)和JTAG接口。

　　DMA：12通道DMA控制器。支持的外设：定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。

　　3个12位的us级的A/D转换器(16通道)：A/D测量范围：0-3.6V。双采样和保持能力。片上集成一个温度传感器。

　　2通道12位D/A转换器：STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE独有。

　　最多高达112个的快速I/O端口：根据型号的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16个外部中断向量。除了模拟输入，所有的都可以接受5V以内的输入。

　　最多多达11个定时器：4个16位定时器，每个定时器有4个IC/OC/PWM或者脉冲计数器。2个16位的6通道高级控制定时器：最多6个通道可用于PWM输出。2个看门狗定时器(独立看门狗和窗口看门狗)。Systick定时器：24位倒计数器。2个16位基本定时器用于驱动DAC。

　　最多多达13个通信接口：2个IIC接口(SMBus/PMBus)。5个USART接口(ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，调试控制)。3个SPI接口(18 Mbit/s)，两个和IIS复用。CAN接口(2.0B)。USB 2.0全速接口。SDIO接口。

　　ECOPACK封装：STM32F103xx系列微控制器采用ECOPACK封装形式。

　　系统作用

　　1、集成嵌入式Flash和SRAM存储器的ARM Cortex-M3内核。和8/16位设备相比，ARM Cortex-M3 32位RISC处理器提供了更高的代码效率。STM32F103xx微控制器带有一个嵌入式的ARM核，所以可以兼容所有的ARM工具和软件。

　　2、嵌入式Flash存储器和RAM存储器：内置多达512KB的嵌入式Flash，可用于存储程序和数据。多达64KB的嵌入式SRAM可以以CPU的时钟速度进行读写(不待等待状态)。

　　3、可变静态存储器(FSMC)：FSMC嵌入在STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE中，带有4个片选，支持四种模式：Flash,RAM,PSRAM,NOR和NAND。3个FSMC中断线经过OR后连接到NVIC。没有读/写FIFO，除PCCARD之外，代码都是从外部存储器执行，不支持Boot，目标频率等于SYSCLK/2，所以当系统时钟是72MHz时，外部访问按照36MHz进行。

　　4、嵌套矢量中断控制器(NVIC)：可以处理43个可屏蔽中断通道(不包括Cortex-M3的16根中断线)，提供16个中断优先级。紧密耦合的NVIC实现了更低的中断处理延迟，直接向内核传递中断入口向量表地址，紧密耦合的NVIC内核接口，允许中断提前处理，对后到的更高优先级的中断进行处理，支持尾链，自动保存处理器状态，中断入口在中断退出时自动恢复，不需要指令干预。

　　5、外部中断/事件控制器(EXTI)：外部中断/事件控制器由用于19条产生中断/事件请求的边沿探测器线组成。每条线可以被单独配置用于选择触发事件(上升沿，下降沿，或者两者都可以)，也可以被单独屏蔽。有一个挂起寄存器来维护中断请求的状态。当外部线上出现长度超过内部APB2时钟周期的脉冲时，EXTI能够探测到。多达112个GPIO连接到16个外部中断线。

　　6、时钟和启动：在启动的时候还是要进行系统时钟选择，但复位的时候内部8MHz的晶振被选用作CPU时钟。可以选择一个外部的4-16MHz的时钟，并且会被监视来判定是否成功。在这期间，控制器被禁止并且软件中断管理也随后被禁止。同时，如果有需要(例如碰到一个间接使用的晶振失败)，PLL时钟的中断管理完全可用。多个预比较器可以用于配置AHB频率，包括高速APB(PB2)和低速APB(APB1)，高速APB最高的频率为72MHz，低速APB最高的频率为36MHz。

　　7、Boot模式：在启动的时候，Boot引脚被用来在3种Boot选项种选择一种：从用户Flash导入，从系统存储器导入，从SRAM导入。Boot导入程序位于系统存储器，用于通过USART1重新对Flash存储器编程。

　　8、电源供电方案：VDD ，电压范围为2.0V-3.6V，外部电源通过VDD引脚提供，用于I/O和内部调压器。VSSA和VDDA，电压范围为2.0-3.6V，外部模拟电压输入，用于ADC，复位模块，RC和PLL，在VDD范围之内(ADC被限制在2.4V)，VSSA和VDDA必须相应连接到VSS和VDD。VBAT，电压范围为1.8-3.6V，当VDD无效时为RTC，外部32KHz晶振和备份寄存器供电(通过电源切换实现)。

　　9、电源管理：设备有一个完整的上电复位(POR)和掉电复位(PDR)电路。这条电路一直有效，用于确保从2V启动或者掉到2V的时候进行一些必要的操作。当VDD低于一个特定的下限VPOR/PDR时，不需要外部复位电路，设备也可以保持在复位模式。设备特有一个嵌入的可编程电压探测器(PVD)，PVD用于检测VDD，并且和VPVD限值比较，当VDD低于VPVD或者VDD大于VPVD时会产生一个中断。中断服务程序可以产生一个警告信息或者将MCU置为一个安全状态。PVD由软件使能。

　　10、电压调节：调压器有3种运行模式：主(MR)，低功耗(LPR)和掉电。MR用在传统意义上的调节模式(运行模式)，LPR用在停止模式，掉电用在待机模式：调压器输出为高阻，核心电路掉电，包括零消耗(寄存器和SRAM的内容不会丢失)。

　　11、低功耗模式：STM32F103xx支持3种低功耗模式，从而在低功耗，短启动时间和可用唤醒源之间达到一个最好的平衡点。休眠模式：只有CPU停止工作，所有外设继续运行，在中断/事件发生时唤醒CPU;停止模式：允许以最小的功耗来保持SRAM和寄存器的内容。1.8V区域的时钟都停止，PLL，HSI和HSE RC振荡器被禁能，调压器也被置为正常或者低功耗模式。设备可以通过外部中断线从停止模式唤醒。外部中断源可以使16个外部中断线之一，PVD输出或者TRC警告。待机模式：追求最少的功耗，内部调压器被关闭，这样1.8V区域断电。PLL,HSI和HSE RC振荡器也被关闭。在进入待机模式之后，除了备份寄存器和待机电路，SRAM和寄存器的内容也会丢失。当外部复位(NRST引脚)，IWDG复位，WKUP引脚出现上升沿或者TRC警告发生时，设备退出待机模式。进入停止模式或者待机模式时，TRC,IWDG和相关的时钟源不会停止。

　　互联型

　　全新STM32互联型(Connectivity)系列微控制器增加一个全速USB(OTG)接口，使终端产品在连接另一个USB设备时既可以充当USB主机又可充当USB从机;还增加一个硬件支持IEEE1588精确时间协议(PTP)的以太网接口，用硬件实现这个协议可降低CPU开销，提高实时应用和联网设备同步通信的响应速度。

　　全新互联型系列还是STM32家族中首款集成两个CAN2.0B控制器的产品，让开发人员能够研制可连接两条工业标准CAN(控制器区域网)总线的网关设备。此外，新系列微控制器还支持以太网、USB OTG和CAN2.0B外设接口同时工作，因此，开发人员只需一颗芯片就能设计整合所有这些外设接口的网关设备。

　　STM32互联型系列产品强化了音频性能，采用一个先进的锁相环机制，实现音频级别的I2S通信。结合USB主机或从机功能，STM32可以从外部存储器(U盘或MP3播放器)读取、解码和输出音频信号。设计人员还可以在新系列微控制器上开发人机界面(HMI)功能，如播放和停止按键，以及显示器界面。这个功能使其可用于各种家庭音响设备，如音响底座系统、闹钟/音乐播放器和家庭影院。

　　新系列产品整合先进的面向连接的外设，标准的STM32外设(包括一个PWM定时器)，高性能的32位ARM Cortex-M3 CPU，这些特性使开发人员可以在设备上(如家电、楼宇或工业自动化)整合多种功能，如马达控制、用户界面控制和设备互连功能。其它目标应用包括需要联网、数据记录或USB外设扩展功能的系统，如病患监视、销售终端机、自动售货机和保安系统。

　　包括新的互联型系列在内的STM32系列微控制器具有多种配套软件和开发工具，其中包括意法半导体免费提供的软件库以及第三方工具厂商的广泛支持。意法半导体还将推出一个新的评估板，目前正在向大客户提供STM32F105和STM32F107互联型系列的样片。

　　新系列

　　STM32互连型系列产品分为两个型号： STM32F105和STM32F107。STM32F105具有USB OTG 和CAN2.0B接口。STM32F107在USB OTG 和CAN2.0B接口基础上增加了以太网10/100 MAC模块 。片上集成的以太网MAC支持MII和RMII，因此，实现一个完整的以太网收发器只需一个外部PHY芯片。只使用一个25MHz晶振即可给整个微控制器提供时钟频率，包括以太网和USB OTG外设接口。微控制器还能产生一个25MHz或50MHz的时钟输出，驱动外部以太网PHY层芯片，从而为客户节省了一个附加晶振。

　　音频功能方面，新系列微控制器提供两个I2S音频接口，支持主机和从机两种模式，既用作输入又可用作输出，分辨率为16位或32位。音频采样频率从8kHz到96kHz。利用新系列微控制器强大的处理性能，开发人员可以用软件实现音频编解码器，从而消除了对外部组件的需求。

　　把U盘插入微控制器的USB OTG接口，可以现场升级软件;也可以通过以太网下载代码进行软件升级。这个功能可简化大型系统网络(如远程控制器或销售终端设备)的管理和维护工作。

　　架构优势

　　除新增的功能强化型外设接口外，STM32互连系列还提供与其它STM32微控制器相同的标准接口，这种外设共用性提升了整个产品家族的应用灵活性，使开发人员可以在多个设计中重复使用同一个软件。新STM32的标准外设包括10个定时器、两个12位1-Msample/s 模数转换器 (交错模式下2-Msample/s)、两个12位数模转换器、两个I2C接口、五个USART接口和三个SPI端口。新产品外设共有12条DMA通道，还有一个CRC计算单元，像其它STM32微控制器一样，支持96位唯一标识码。

　　新系列微控制器还沿续了STM32产品家族的低电压和节能两大优点。2.0V到3.6V的工作电压范围兼容主流的电池技术，如锂电池和镍氢电池，封装还设有一个电池工作模式专用引脚Vbat。以72MHz频率从闪存执行代码，仅消耗 27mA电流。低功耗模式共有四种，可将电流消耗降至两微安。从低功耗模式快速启动也同样节省电能;启动电路使用STM32内部生成的8MHz信号，将微控制器从停止模式唤醒用时小于6微秒。

　　低功耗性能

　　意法半导体的EnergyLite™超低功耗技术平台是STM32L取得业内领先的能效性能的关键。这个技术平台也被广泛用于意法半导体的8位微控制器STM8L系列产品。EnergyLite™超低功耗技术平台基于意法半导体独有的130nm制造工艺，为实现超低的泄漏电流特性，意法半导体对该平台进行了深度优化。在工作和睡眠模式下，EnergyLite™超低功耗技术平台可以最大限度提升能效。此外，该平台的内嵌闪存采用意法半导体独有的低功耗闪存技术。这个平台还集成了直接访存(DMA)支持功能，在应用系统运行过程中关闭闪存和CPU，外设仍然保持工作状态，从而可为开发人员节省大量的时间。

　　除最为突出的与制程有关的节能特色外，STM32L系列还提供更多其它的功能，开发人员能够优化应用设计的功耗特性。通过六个超低功耗模式，STM32L系列产品能够在任何设定时间以最低的功耗完成任务。这些可用模式包括：(在1.8V/25°C环境的初步数据)

　　· 10.4μA低功耗运行模式，32kHz运行频率

　　· 6.1 μA低功耗睡眠模式，一个计时器工作

　　· 1.3 μA 停机模式：实时时钟(RTC)运行，保存上下文，保留RAM内容

　　· 0.5 μA 停机模式：无实时时钟运行，保存上下文，保留RAM内容

　　· 1.0μA待机模式：实时时钟运行，保存后备寄存器

　　· 270nA待机模式：无实时时钟运行，保存后备寄存器

　　STM32L系列新增低功耗运行和低功耗睡眠两个低功耗模式，通过利用超低功耗的稳压器和振荡器，微控制器可大幅度降低在低频下的工作功耗。稳压器不依赖电源电压即可满足电流要求。STM32L还提供动态电压升降功能，这是一项成功应用多年的节能技术，可进一步降低芯片在中低频下运行时的内部工作电压。在正常运行模式下，闪存的电流消耗最低230μA/MHz，STM32L的功耗/性能比最低185μA/DMIPS。

　　此外，STM32L电路的设计目的是以低电压实现高性能，有效延长电池供电设备的充电间隔。片上模拟功能的最低工作电源电压为1.8V。数字功能的最低工作电源电压为1.65V，在电池电压降低时，可以延长电池供电设备的工作时间。

　　【相关信息】非接触式传感器监测呼吸方案

　　呼吸率是一项重要的生命征象，有助于瞭解一个人的整体健康状况和睡眠品质。呼吸率和呼吸方式也被认为是反映个人基础健康状况的良好指标。虽然目前市场中的技术都承诺能够准确可靠地进行监测，但大多数并不理想——有的不够准确而必须不断地调整，有的则是用起来并不舒服。

　　本文讨论用于测量和分析呼吸的各种现有方法，以理解它们在满足日常健康照护和健身追踪要求的过程中所存在的局限性。克服这些挑战并不容易，但透过超宽频(UWB)脉冲雷达，能够为诸如Novelda公司的XeThru等感测器提供基础，让这些感测器达到2.8m的有效范围，并能“穿透”衣服等障碍物，而且成本低且易于使用。

　　用于健康照护的呼吸监测

　　呼吸率是一个人每分钟呼吸的次数，最好是在休息的时候进行测量。呼吸率可能由于发烧、生病或其它身体状况而增加。测量呼吸率的最常用方法是借助实体评估方法，即观察人体的胸部，计算一分钟内呼吸的次数。呼吸深度则可以用肺活量计来进行判断，该装置可根据呼出与吸入空气量测量肺功能。最简单的应用方式是医生用肺活量计来检测气喘等病理状态。呼吸率本身只能提供有限的资讯，但呼吸方式(测量速率、振幅和其它特征)，则可以提供更多有价值的资讯，然后再用于医疗诊断以及评估睡眠品质。

　　目前市场上已有的大多数呼吸监测技术是侵入式的，需要将受测者与测量设备连接在一起。对于上述的肺活量计来说确实如此，但即使是简单的机电式呼吸率测量通常也必须在受测者的胸部绑上一条弹性带。其它声学技术要求将装置连接到受测者的颈部，而电容技术则要求在床上安装一种专用床垫或在受测者的身体上安装感测元件。这些方法主要用于专业的照护情况，可以提供准确的呼吸方式资料。然而，根本性的挑战仍然存在，即感测器与身体的实体连接仍然会对受测者造成压力。任何相关的不适又会反过来影响受测者的呼吸，从而可能使测试资料无效。

　　消费类呼吸监测技术

　　还在不久前，即使很简单的呼吸测试也得去诊所进行。更精密一点的监测作业是先在诊所或医院做初步的生理诊断，只有确诊的病人才接着进行呼吸测试。智慧型手机和类似的高科技电子产品(包括心率计和血糖仪等装置)的发明，加上人们对自身的健康和幸福更加注意与关心，使得人们对于远离医疗环境以外其他检测方式的期望提高。因此，市场上充斥着各式各样的健康照护和健身监测装置，它们可以协助消费者追踪自己的身体活动以及管理个人健康。这些产品使用与医学认证产品相似的技术，并对医疗设计进行更多的改善，因而能够藉由监测睡眠品质和休息时的呼吸方式，满足提供完整健康评估的趋势要求。

　　考虑到当前解决方案的局限性，以及理解消费者期望健康与健身产品舒适、安全且易用的需求，显然地，一款真正合适的呼吸/睡眠监测器必须符合一些相当严格的设计要求。它应该能够在远端准确地测量和记录呼吸，其摆放位置不需要十分严苛，只要受测者在合理的检测区域内即可(图1)。受测者在此区域内的方向也不影响测量，即使其间存在一般的障碍物(如隔着羽绒被)，监测器也应该能够可靠地作业。

　　图1：儿童呼吸记录例子。从图中可以清楚地看到，远端监测的精确度需要达到仅几毫米(mm)的胸部运动检测

　　这种技术应该适用于所有年龄层和身形的人们，而且应该是非侵入式的，能够保护受测者的隐私，即通常要将用任何视讯监控形式的监测排除在外。另外，还应该能够同时监测多人。以感测器技术性能来看，满足这些目标的进一步思考包括安全使用、低成本、低功耗以及易于整合进终端装置设计，而且体积要小，并能提供数位介面。

　　呼吸监测

　　在目前市场中能够测量呼吸率的许多产品中，大多数产品采用健身追踪器的形式，即必须使用内建于腕带或胸带的可穿戴接触式感测器。然而，睡觉时戴着一个连接身体的监测装置并不舒服，而且以电池供电的产品还得定期充电。更先进的睡眠监测器采用非接触式感测，因而避免了这些问题，可在提供优质睡眠监测的同时也具有更好的舒适性。这些先进的监测器使用诸如电容式感测(感测器元件置于床单下)等技术，或从床边监测呼吸运动的连续波(CW)雷达解决方案。虽然这些解决方案不需要直接接触身体，但电容解决方案通常需要在身体附近作业，而且可靠性也易受温度和湿度变化的影响。CW雷达可在更远的距离以外作业，但无法区分是呼吸引起的运动还是其它身体动作。

　　雷达技术似乎是非侵入式系统的理想选择，能够实现远距离监测呼吸，尤其是它的讯号可以穿透衣服或床被等材料。即使如此也仍存在限制。虽然CW都普勒(Doppler)雷达对于运动高度敏感，而且能够很容易地检测到像呼吸这一类重复运动的频率，但它只能提供相位资讯，而无法测量绝对距离。无法测量绝对距离意味着基于CW的雷达系统不能分辨诸如手、足等其它身体部份运动和胸部运动。因此，CW系统在分辨实际的胸部运动方面能力较弱，而这是在一整晚提供可靠资料所必需的。

　　我们真正需要的是能够准确测量距离、足以区分浅呼吸和正常呼吸以及能根据胸部运动准确追踪人体呼吸方式的方法(图2)。然而，采用低功耗、低成本解决方案实现这个目标极具挑战性。

　　图2：根据胸部运动可靠地检测呼吸，需要能够测量绝对距离的雷达系统

　　使用UWB脉冲雷达

　　为了寻找解决这些问题的解决方案，Novelda认为，使用雷达原理的电磁感测器应该能够满足所有的技术要求，其它方面的问题也都可以迎刃而解。前面提到CW雷达在测量绝对距离的局限性，在使用UWB脉冲雷达技术时就不存在了，因为UWB可以产生和取样讯号脉冲，实现由发送和接收脉冲之间的时间差所决定的高准确度距离测量。

　　此外，透过使用本质上是一种扩展频谱途径且采用数位讯号处理(DSP)恢复返回的讯号，UWB雷达可以作业于比传统雷达更低得多的功率电平。如此一来即可克服潜在消费者不想在床边放置大功率雷达设备的顾虑——这种技术的功率电平还不到蓝牙耳机功率的千分之一。UWB的扩频特性还意味着它能与其它射频(RF)系统共存，而不会造成干扰或受到干扰。举例来说，CW Doppler雷达作业于较高的功率电平，因而会干扰Wi-Fi和无线电讯号。相反地，虽然UWB雷达虽然作业于较低的功率电平，但DSP技术能可靠地从杂讯中撷取讯号，这方面与ADSL透过普通电话线上实现宽频网际网路连接非常类似。

　　雷达被认为是一种复杂且昂贵的技术，一般运用于高阶市场。当然，这在过去是成立的，因为传统系统是分离式元件搭建的，使用的是高成本的陶瓷基板。然而，在目前的大多数市场(特别是消费市场)中，IC技术的广泛普及已经使得产品能够大量生产，价格也已经普遍被大众接受。当今的高整合度已能用于实现系统级晶片(SoC)解决方案，使得系统在尺寸和功耗方面也获益匪浅(图3)。

　　图3：Novelda的超宽频脉冲雷达晶片整合完整的收发器电路以及所有必要的时序与讯号处理单元

　　因此，最后……

　　无论如何，大多数人越来越关心保健、健身和健康，从今天市场上无处不在的电子产品可见一斑。许多健身追踪器和类似的装置可以测量活动量，例如距离、速度和步数，但用来测量身体反应的能力通常仅限于心率。呼吸率以及呼吸方式是更有用的性能指标，但正如我们看到的那样，其测量条件更加复杂，也更具侵入性。

　　在调查研究可取代以往只限于医疗应用的呼吸监测技术中，Novelda发现UWB脉冲雷达可以同时克服技术上和易用性上的挑战，提供测量和分析呼吸率和呼吸方式的解决方案，整个系统无需与身体接触，也不会被衣服或床被等物体所阻碍。事实上，这种感测技术可以用来实现紧密型的呼吸监测设计，如Novelda的XeThru感测器模组(图4)。

　　图4：超宽频脉冲雷达可实现具有检测能力的紧密型设计，在单一PCB上整合了天线、讯号处理IC以及控制介面等各种元件