如何創(chuàng)建精確的性能跟蹤運動可穿戴設(shè)備

無論您是在周末長跑還是參加休閑或?qū)I(yè)級運動，您都可能對跟蹤您的進步和表現(xiàn)的準(zhǔn)確方法感興趣?？纱┐髟O(shè)備提供了一個解決方案。

根據(jù)分析公司 MarketsandMarkets 的研究，到 2024 年，運動技術(shù)市場預(yù)計將達(dá)到 311 億美元，而可穿戴設(shè)備是最大和增長最快的細(xì)分市場。難怪配備生物傳感器的可穿戴設(shè)備不斷收集數(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，佩戴者可以獲得有關(guān)運動表現(xiàn)和整體健康的寶貴見解。

更聰明地了解您的健身計劃

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)防保健以及更個性化的醫(yī)療保健模式。特別是對于運動員來說，這些設(shè)備和軟件工具可以幫助評估運動員的安全、預(yù)防鍛煉傷害以及身體狀況和表現(xiàn)。例如，基于射頻技術(shù)的跟蹤系統(tǒng)可以跟蹤籃球運動員的加速、跳躍和其他動作。

有效的可穿戴運動技術(shù)必須高度準(zhǔn)確、提供有用的測量值、在充電之間長時間運行、舒適且不引人注目。底層技術(shù)在實現(xiàn)這些特性中起著關(guān)鍵作用。

生物傳感器發(fā)現(xiàn)了健康洞察力的寶庫

持續(xù)的心率監(jiān)測提供了每一次心跳的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是心率變異性的指標(biāo)，它可以告訴我們很多關(guān)于身體的信息：

它對運動的反應(yīng)如何

從活動中恢復(fù)的情況如何

健身水平和任何相關(guān)的改進

跟蹤目標(biāo)的情況如何

活動期間的剩余能量

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

光學(xué)傳感器的進步為可穿戴健康和健身監(jiān)測解決方案的功效做出了重要貢獻(xiàn)。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?，F(xiàn)在甚至有用于可穿戴設(shè)備的生物傳感器模塊集成了多個參數(shù)，例如同步 PPG 與心電圖 （ECG） 監(jiān)測。PPG 使用光來詢問組織，提供在心動周期期間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。兩者都可用于提供心率測量，而 ECG 傳感器還可產(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，因為它受到環(huán)境光、不同皮膚狀況和顏色的影響，

將光學(xué)傳感技術(shù)集成到可穿戴設(shè)備中的挑戰(zhàn)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。手腕是一個血液灌注低、運動量大的區(qū)域，會產(chǎn)生影響讀數(shù)的噪音。耳朵具有更高的血液灌注，因此可以產(chǎn)生更精確的測量結(jié)果。

開發(fā)平臺加速您的可穿戴設(shè)計周期

半導(dǎo)體解決方案的進步解決了可穿戴設(shè)計的準(zhǔn)確性、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)能夠提供洞察力以實現(xiàn)更健康世界的產(chǎn)品。例如，MAX-HEALTH-BAND是一個評估和開發(fā)平臺，可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、活動分類、卡路里消耗和步數(shù)信息。該平臺可縮短長達(dá)六個月的開發(fā)時間，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。柵欄算法可在陰影和強光等不同光照條件下始終如一地準(zhǔn)確檢測心率。

圖 2. MAX86140 框圖

MAX20303可穿戴電源管理 IC （PMIC），包括帶有自動諧振跟蹤的偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量 （ERM）/線性諧振執(zhí)行器 （LRA） 觸覺驅(qū)動器、微靜態(tài)電流升壓和降壓穩(wěn)壓器、線性鋰電池離子電池充電器、微靜態(tài)電流低壓差 （LDO） 穩(wěn)壓器和可選電量計

圖 3. MAX20303 框圖

Maxim 的運動補償算法，基于 PPG 信號提取數(shù)據(jù)

MAX-ECG-MONITOR提供用于監(jiān)測臨床級心電圖和心率的評估和開發(fā)平臺。它可用于臨床應(yīng)用的濕電極貼片，以及用于健身應(yīng)用的胸帶。該平臺包括MAX30003超低功耗、臨床級、集成生物電勢 AFE，可提供 ECG 波形和心率檢測。它的連續(xù)測量對于趨勢或預(yù)測類型的應(yīng)用非常有用。由于該平臺的內(nèi)置心率檢測包括中斷功能，無需在微控制器上運行心率算法，因此它可以在高運動環(huán)境中以極低的功耗進行穩(wěn)健的 RR 檢測。該平臺通過幾個關(guān)鍵特性支持較長的電池壽命：在 1.1V 電源電壓下以 85μW 運行，以及允許微控制器僅在每次心跳時喚醒的可配置中斷，以降低整體系統(tǒng)功耗。

總之，通過可穿戴設(shè)備提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)需要精確、節(jié)能和小型的基礎(chǔ)技術(shù)。IC 供應(yīng)商正在為設(shè)計人員提供資源，以創(chuàng)建智能手表、胸帶、服裝和其他可提供持續(xù)、實時的健康和健身洞察力以塑造其性能的可穿戴設(shè)備。

審核編輯：郭婷