智能可穿戴医疗保健设备及典型架构

可穿戴医疗保健设备可定义为能够自动、智能、无创地执行特定医疗监控、支持目的的设备。“可穿戴”一词说明该设备要么直接佩戴于人体上，要么是一件类似于衣服的物品，并且具有适当的设计，支持其用作可穿戴配件。广义上讲，这要求该设备具有极小的尺寸和重量，功能自主，自备电源，易于使用，而且穿戴舒适。

智能可穿戴医疗保健设备有多种类型，如腕带、手表、眼镜和其他可穿戴类型。执行的功能有计步器、心率监测、运动记录、生物电位测量、生物阻抗测量、血氧测量等等。

智能可穿戴医疗保健设备是传统医疗设备的延伸。通常的医院用医疗设备体型巨大、结构复杂且功耗很高，旨在用于高精度临床应用。随着传感器和半导体技术的发展，器件尺寸和功耗比原来小得多，使得可穿戴设备变为现实。医院临床使用的许多技术已从医院走向家庭，或者变为各种可穿戴设备。智能可穿戴医疗保健设备通常是无创式生命体征监护设备，易于使用和穿戴。为了提升用户体验，重量越轻、功耗越低越好。另外还要提供与其他消费电子设备的连接能力。

设计考虑和主要挑战

X尺寸非常重要。大部分可穿戴设备都很轻，而且尺寸越来越小。

•更小的封装。

•采用先进封装技术以提高集成度。

•外部元件越少越好。

X超低功耗。

•功耗对于用户体验至关重要，越低越好。

•由于系统尺寸原因，电池大小有限。

•低静态电流芯片有利于实现低功耗，延长待机时间。

•可穿戴设备通常需要低功耗MCU。

•可穿戴设备需要低功耗连接技术。

X人体工程学设计。

•易于使用。

•防止误操作的设计。

•高度可靠、高灵敏度的传感器设计。

X高可靠性。

•适应各种环境。

•良好的机械设计，防止设备受损。

•有时候设备需要防水。

X传感器技术。

•多传感器融合。

•选择具有良好生物兼容性的传感器材料。

•低功耗下具有高灵敏度。

X连接技术。

•需要低功耗蓝牙、WIFI连接以访问其他智能设备。

•数据同步和应用程序自动升级。

ADI公司的整体解决方案

ADI公司提供大量的高集成度AFE、运动传感器、低功耗MCU和电源管理解决方案，使可穿戴设备的产品质量和可靠性达到最佳程度。此外，ADI公司还提供评估板、仿真工具和应用专业技术，为客户的设计和开发工作提供支持。

图1. 系统框图

注：上述信号链代表智能可穿戴医疗保健设备系统。在具体设计中，模块的技术要求可能不同，但下表列出的产品代表了满足部分要求的ADI解决方案。

部件

ECG AFE

AD8232        AD8232是一款用于ECG及其他生物电测量应用的集成信号调理模块。该器件设计用于在具有提取、放大及过滤微弱的生物电信号。该设计使得超低功耗模数转换器或嵌入式微控制器能够轻松地采集输出信号。优势：单导联心率监护模拟前端

ADAS1000   ADAS1000能够测量心电图(ECG)信号、胸腔呼吸变化、起搏伪像、导联连接/脱落状态，并将此信息以数据帧的形式输出，以可编程数据速率提供导联/矢量或电极数据。它具有低功耗和小尺寸特性，适合电池供电的便携式应用。它还是一款高性能器件，因此适用于高端诊断设备。优势：低功耗、5电极心电图模拟前端，提供呼吸测量和脉搏检测

光学传感器

ADPD142     ADPD142RG/ADPD142RI是完整的光度测量系统，设计用于激励LED并测量相应的光学返回信号。这些系统具有同类最佳的环境光干扰抑制性能，包括直流和交流。每个模块包含一个高效率光度测量前端、两个LED和一个光电二极管。前端由控制模块、带20位累加器的模数转换器和两个灵活的独立配置LED驱动器组成。模拟前端(AFE)在单独的数据路径上处理各LED的返回数据，并且可以选择不同的AFE设置。数据输出和功能配置通过一个1.8 V I2C接口进行。 控制电路包括灵活的LED信号传输和同步检测。优势：低功耗、高精度、设计简单，集成模块的设计能够简化用户的机构设计，适合心率测量和SPO2

电容传感器

AD7147     AD7147 CapTouch^™控制器设计用于电容式传感器，以实现按钮、滚动条和滚轮等功能。这种传感器只需一层PCB板，为超薄型应用创造了可能。优势： CapTouch单电极电容式传感器专用可编程控制器

模数转换器

AD7091R     AD7091R是一款12位逐次逼近模数转换器，可在高吞吐速率(50 MHz SCLK时为1 MSPS)下实现超低功耗(3 V和1 MSPS时典型值为349 µA)。它采用先进的设计和信号处理技术，可在高吞吐速率下实现极低功耗。 该器件还提供精确的2.5 V片内基准电压。优势：1 MSPS、超低功耗、12位ADC、内置片内基准电压源、采用10引脚LFCSP和MSOP封装

AD7915        AD7915/AD7916是16位、逐次逼近型模数转换器，采用单电源V_DD供电。器件内置一个低功耗、高速、16位采样ADC和一个多功能串行接口端口。在CNV上升沿，AD7915/AD7916对IN+与IN−引脚之间的电压差进行采样。 这两个引脚上的电压摆幅通常在0 V至V_REF之间、相位相反。优势：16位、1 MSPS/500 kSPS PulSAR ADC，

AD7124-4    AD7124-4是一款适合高精度测量应用的低功耗、低噪声、完整模拟前端。该器件内置一个低噪声24位Σ- 型模数转换器，可配置来提供4个差分输入或7个单端或伪差分输入。片内低噪声级确保ADC中可直接输入小信号。优势：采用MSOP/LFCSP封装

重力传感器

ADXL345     ADXL345是一款小而薄的低功耗3轴加速度计，分辨率高(13位)，测量范围达±16 g。数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI (3线式或4线式)或I²C数字接口访问。优势：集成PGA和基准电压源的4通道、低噪声、低功耗24位Σ- 型ADC

ADXL362     ADXL362是一款超低功耗、3轴MEMS加速度计，输出数据速率为100 Hz时功耗低于2 μA，在运动触发唤醒模式下功耗为270 nA。与使用功率占空比来实现低功耗的加速度计不同，ADXL362没有通过欠采样混叠输入信号；它采用全数据速率对传感器的整个带宽进行采样。优势：3轴、±2 g/±4 g/±8 g/±16 g数字加速度计

无线收发器

ADF7024    ADF7024是一款超低功耗、集成收发器，用于免执照ISM频段433 MHz、868 MHz和915 MHz。该器件简单易用，而且性能很高，适合各种各样的无线应用。ADF7024适用于符合欧洲ETSI EN 300 220、北美FCC Part 15.247和15.249及其他类似监管标准的工作环境。优势：微功耗、3轴、±2 g/±4 g/±8 g数字输出

ADF7020    ADF7020是一款低功耗、低中频收发器，在免执照ISM频段433 MHz、868 MHz和915 MHz工作。它适合满足欧洲ETSI EN 300 220或北美FCC Part 15.247和15.249监管标准的电路应用。优势：易用、低功耗、次GHz、ISM/SRD、FSK/ GFSK收发器IC

ADF7241      ADF7241是一款高集成度、低功耗、高性能收发器，在全球通用的2.4 GHz ISM频段工作。其设计注重灵活性、稳定性、易用性和低功耗特性。在数据包和数据流两种模式下，该IC均支持IEEE 802.15.4-2006 2.4 GHz PHY要求。优势：低功耗IEEE 802.15.4零中频2.4 GHz

音频

SSM2518

SSM2518是一款内置数模转换器(DAC)和Σ- D类调制器的数字输入D类功率放大器。它采用独特架构，处理数字音频源时实际功耗极低，同时又具备出色的音频性能。SSM2518特别 数字输入、2 W、D类立体声音频功率

ADI （亚德诺半导体技术有限公司）

Analog Devices, Inc.（简称ADI）。中国注册公司名字为“亚德诺半导体技术（上海）有限公司。美国纳斯达克上市公司 (NASDAQ代码: ADI)。

将创新、业绩和卓越作为企业的文化支柱，并基此成长为该技术领域最持久高速增长的企业之一。ADI公司是业界认可的数据转换和信号处理技术全球领先的供应商，拥有遍布世界各地的60,000客户，涵盖了全部类型的电子设备制造商。作为领先业界40多年的高性能模拟集成电路（IC）制造商，ADI的产品用于模拟信号和数字信号处理领域。

公司总部设在美国马萨诸塞州诺伍德市，设计和制造基地遍布全球。ADI公司被纳入标准普尔500指数（S&P 500 Index）。

ADI产品类别

客户面临最终挑战是向市场推出具有竞争优势的产品。因此，面对的挑战是提高性能、精度、速度和集成度，降低器件尺寸、能耗和价格，与客户更有效紧密地开展合作—这一切均能进一步提高创新能力。由于ADI专注于创造更具创新、更可靠的产品，ADI不仅将持续处于技术领先地位，还将证明，ADI的产品的与众不同是为客户创造巨大价值的关键所在。AD阵容不断扩大的创新产品有：放大器和线性产品、数据转换器、音频和视频产品、宽带产品、时钟和定时IC、光纤和光通信产品、接口和隔离、MEMS和传感器、电源和散热管理、处理器和DSP、RF和IF ICs、开关和多路复用器等等。