解構(gòu)ADI新一代VSM芯片，看“4合1”的AFE如何重新定義可穿戴監(jiān)測標準

“炸雞配參茶，精釀加枸杞，熬夜敷面膜，蹦迪戴護膝……”作為當代年輕人朋克養(yǎng)生的現(xiàn)狀，調(diào)侃是真的，惜命也是真的。在放肆與克制之間反復橫跳，高壓社會下的年輕人們沒能避免失眠、肥胖、暴躁等逐漸帶來的“疑難雜癥”，倒是讓大眾對大健康的關(guān)注度提升到了前所未有的高度。再有我國素來養(yǎng)生觀念的加成下，無論是生活方式、情緒健康、甚至細化到某一具體的小毛病，人們都渴望找到與之對應(yīng)的解決方式，精準監(jiān)護與科技養(yǎng)生成為了大健康的“主旋律”，同樣也錨定了作為其關(guān)鍵載體的智能可穿戴設(shè)備的未來發(fā)展方向。

“目前，可穿戴設(shè)備為了更好地支持各項生命體征監(jiān)測，實現(xiàn)最大程度的人群覆蓋度和準確度，正在向更高性能的方向發(fā)起沖擊?！?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/adi/" target="_blank">ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部高級市場應(yīng)用經(jīng)理何源在最近的一次采訪中如此表示，并且ADI最新發(fā)布的可穿戴健康領(lǐng)域的產(chǎn)品——多合一的健康傳感器模擬前端芯片ADPD7000就很好地為他的觀點做了背書。作為VSM的最新款產(chǎn)品，ADPD7000系列專為測量各種生命體征信號而設(shè)計，適用于可穿戴式VSM設(shè)備。在上一代的基礎(chǔ)上，ADPD7000新增皮膚電活動(GSR)測量功能，再集光電體積脈搏波(PPG)、心電圖(ECG)、身體阻抗分析(BIA)四合一，實現(xiàn)了更準確的血氧、心率、心電、體脂甚至是情緒反應(yīng)等人體生理特征指標的監(jiān)測。

慢病年輕化下的健康焦慮

可穿戴撕去“雞肋”標簽走向剛需

“30歲的人，60歲的病”正在部分成為社會現(xiàn)實。有數(shù)據(jù)顯示，目前我國慢病人群數(shù)量已超4億人，而15歲以上人群發(fā)病率超34%，尤其是糖尿病、高血壓、心臟病......這些曾經(jīng)的“老年病”，越來越頻繁地發(fā)生在年輕人身上?！坝捎诖蟛糠致圆』蚨嗷蛏俣加幸恍┌Y狀會提前顯現(xiàn)，我們最好能對這些亞健康狀態(tài)進行監(jiān)測，提早發(fā)現(xiàn)，及時治療，這也是可穿戴醫(yī)療設(shè)備存在的意義?！焙卧幢硎?。

憑借實時監(jiān)測提前亞健康預警，在如今養(yǎng)生年輕化和社會老齡化的階段，可穿戴醫(yī)療設(shè)備市場規(guī)模不斷擴大。根據(jù)睿略市場調(diào)研的數(shù)據(jù)顯示，2022年全球可穿戴醫(yī)療設(shè)備市場規(guī)模達774.83億元，預計到2028年將達到1871.3億元，年均復合增長率預估為16.09%。然而，可穿戴設(shè)備性能良莠不齊，其測量精度一直被業(yè)界所詬病“助力不成，反而引發(fā)數(shù)據(jù)焦慮”。直到最近兩年，一些可穿戴產(chǎn)品陸續(xù)獲批為二類器械，消費者逐漸開始改變認知——可穿戴設(shè)備發(fā)展方向有望為用戶提供醫(yī)療參考性。

在該過程中存在不小的挑戰(zhàn)，例如相較院內(nèi)測量的理想環(huán)境，可穿戴設(shè)備還需考慮諸多額外因素，例如外觀設(shè)計以及與人體的接觸面積、位置和材料等限制。此外，用戶的膚色和毛發(fā)差異、環(huán)境也會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，其中典型就是心率、血氧等測量時對光信號的捕捉，膚色太黑導致反射光太微弱、體毛太長導致“動態(tài)噪聲”等等，甚至傷疤、紋身等因素都會對監(jiān)測造成挑戰(zhàn)。

“可穿戴設(shè)備必須要能與我們所處的環(huán)境與身體狀態(tài)保持協(xié)調(diào)。”何源指出，“即使環(huán)境惡劣，我們都有辦法去達成醫(yī)療級甚至更高的性能。當然，客戶要打造最終的產(chǎn)品，就不僅僅需要滿足性能要求，還必須在尺寸、功耗和成本等很多其他維度上做平衡取舍。”

“醫(yī)療級只是及格線”

極限設(shè)計思維下的方案功能與性能的突破之路

事實上，可穿戴產(chǎn)品在硬件設(shè)計上的要求通常比醫(yī)療設(shè)備還要高，例如動態(tài)范圍更大，要在電極面積很小、跟院內(nèi)監(jiān)測環(huán)境沒法比的情況下保持監(jiān)測精準，這就要求可穿戴設(shè)備里很多電路要有很精妙的設(shè)計。為了實現(xiàn)更高效的光電路徑配合，ADPD7000支持的通道數(shù)比上一代ADPD6000的LED通道數(shù)多了一倍，更多的LED意味著更多的測試點，提升數(shù)據(jù)的準確度。另一方面，多LED意味著可接收多個波長，能夠提供更全面的測量功能。據(jù)何源透露：“未來該產(chǎn)品系列支持的通道數(shù)會更多，但目前的8路在性價比和功能性上擁有非常好的平衡?！?/p>

此外，ADPD7000還將輸入阻抗提升到20G歐，意味著ADPD7000有了更高的動態(tài)范圍，即使在遇到低溫、干皮膚等極端監(jiān)測環(huán)境時腕上覆蓋度和準確度都可以顯著加強。“干皮膚的情況下，很容易測量不到ECG，這也是為什么在醫(yī)院測ECG要用很大的電極涂抹導電膏。但這對可穿戴設(shè)備是很難實現(xiàn)的，所以從這個角度看，可穿戴的設(shè)計要求比對醫(yī)療設(shè)備的要求還要高?！焙卧唇忉尩馈?/p>

皮膚的干燥程度同時也會影響在BIA（生物電阻抗分析）時兩對測試線的輸入阻抗不均衡，不均衡則會帶來誤差。為了克服這個問題，ADPD7000系列通過精妙的軟硬件配合，將其寄生和非對稱影響有效降低，以得到更準確的測量結(jié)果。在可穿戴設(shè)備上，這一點是非常有競爭力的。

“當市場同質(zhì)化很嚴重的時候，真正能給用戶帶來價值的產(chǎn)品是可貴的。但市場趨勢一定是要往有價值的方向去走，所以更高的性能、更多功能的有效集成必然是有價值的?！泵鎸π袠I(yè)挑戰(zhàn)，何源表示ADI在設(shè)計很多方案的時候都有考慮到極端情況，并在最大程度上實現(xiàn)性能的保障。

GSR挑戰(zhàn)主觀情緒可靠監(jiān)測

從萬元專業(yè)設(shè)備到可穿戴普及即將成真

正如叔本華所說，人的思維意識是最大的監(jiān)獄。慢病年輕化的因素有很多，但情緒壓力一定是主因之一。世衛(wèi)組織也曾調(diào)查顯示，包含心肌炎和冠心病大概有200多種疾病的背后都有不良情緒的因素?！皦毫偸前殡S著焦慮甚至發(fā)展為抑郁，而當它找上你時，整個過程都可能無聲無息?！焙卧刺貏e提到，“這樣的情緒波動和壓力變化如何能通過可穿戴設(shè)備持續(xù)地捕捉到，對此ADPD7000新增了一項GSR（皮膚電反應(yīng)）功能?！?/p>

事實上，GSR并非新技術(shù)，早在多年前就應(yīng)用在了測謊儀上。作為一種生物反饋方式，GSR可以檢測人體的情緒變化，反映人在身心上的反應(yīng)。其檢測的原理是當人體受到外界刺激時，皮膚會產(chǎn)生電位變化，這種電位變化被稱為皮膚電反應(yīng)，也被稱為皮膚電活性（EDA），或者皮膚電導（SC）。當人體的情緒發(fā)生變化時，可以通過觀察GSR數(shù)據(jù)來統(tǒng)計量化。結(jié)合目前高壓環(huán)境下越來越多人由于情緒導致的心理健康問題，該功能在可穿戴設(shè)備上的監(jiān)測實現(xiàn)是讓人期待的。據(jù)何源介紹，ADPD7000的GSR測量通道復用了ECG和BIA的電路，可以與心率、心率變異性等數(shù)據(jù)進行結(jié)合分析，利用傳感器融合技術(shù)，實現(xiàn)對用戶的精神狀態(tài)實現(xiàn)更精細化的評價。

不同于有客觀標準的體脂和心率測量，情緒和壓力類主觀意識上的測量指標更具挑戰(zhàn)性，ADPD7000如何在方寸的可穿戴產(chǎn)品上實現(xiàn)準確監(jiān)測？“首先，該類測試已經(jīng)有長時間的積累并且具備成體系的標準，在很多專業(yè)領(lǐng)域已有應(yīng)用，ADI一直有參與其中；其次，ADI在該領(lǐng)域處于技術(shù)前沿，甚至在可穿戴設(shè)備上，有些指標可做到接近上萬元專業(yè)設(shè)備的水平?！焙卧磸娬{(diào)，“相較于之前的產(chǎn)品，ADPD7000的GSR具有更高的動態(tài)范圍、測量范圍和精度。此外，在測量信號不好時能夠自動切換激勵頻率和幅度，這更是一項非常亮眼的創(chuàng)新功能?！背丝纱┐鲬?yīng)用，基于ADPD7000的GSR在駕駛艙駕駛者狀態(tài)監(jiān)測功能的應(yīng)用也已經(jīng)獲得開發(fā)支持，在前不久的慕尼黑上海電子展上就獲得業(yè)界廠商的關(guān)注。

另一方面，續(xù)航和成本是可穿戴領(lǐng)域最受關(guān)注的問題。ADI在電源和芯片技術(shù)上提供極高的能量利用率一直是其可穿戴方案競爭力的關(guān)鍵點之一。此次將GSR與PPG、ECG和BIA結(jié)合組成四合一的模擬前端，無疑是對其低功耗技術(shù)的極致挑戰(zhàn)。

另一方面，續(xù)航和成本是可穿戴領(lǐng)域最受關(guān)注的問題，ADI在電源和芯片技術(shù)上提供極高的能量利用率一直是其可穿戴方案競爭力的關(guān)鍵點之一。此次ADPD7000將GSR與PPG、ECG和BIA結(jié)合組成四合一模擬前端，無疑是對其低功耗技術(shù)的極致挑戰(zhàn)。“ADPD7000的超高信噪比使得只需要很微弱的光就能實現(xiàn)監(jiān)測，同時新增的GSR也是超低功耗，可以做到持續(xù)檢測且基本不影響電池續(xù)航?！焙卧唇榻B道，“此外，PPG中200mV的順從電壓（Compliance Voltage），也會節(jié)省系統(tǒng)電源設(shè)計，簡化客戶的系統(tǒng)設(shè)計，并節(jié)省BOM成本?！?/p>

全棧系統(tǒng)方案背后

是本土化策略實現(xiàn)的全球化優(yōu)勢

深度的本土化戰(zhàn)略使ADI中國能夠敏捷地響應(yīng)本地市場的創(chuàng)新需求，更好地融入本地產(chǎn)業(yè)生態(tài)，同時兼顧全球市場。在何源的分享中，ADPD7000由本土團隊打造的特質(zhì)被他多次強調(diào)，這背后是ADI的“in China for China”核心戰(zhàn)略：“像ADPD7000這樣的VSM生命體征監(jiān)測方案，我更喜歡在前面加個C，即CVSM——這是ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部更定向給中國客戶開發(fā)的產(chǎn)品?！贝送?，ADI與生態(tài)合作伙伴的關(guān)系也遠遠不是賣貨這么簡單，ADI提供的是一套全棧式方案，包括行業(yè)資源、海內(nèi)外資源的對接等。據(jù)悉，目前ADI的合作伙伴已經(jīng)基于該系列芯片，在無創(chuàng)測量血壓、更精準的情緒/抑郁/壓力/疲勞度監(jiān)測等方面實現(xiàn)了突破。

像ADPD7000這樣的系統(tǒng)級方案，除了芯片外還提供了很多額外服務(wù)，遠遠超出了芯片本身，比如光學結(jié)構(gòu)的設(shè)計、軟硬件設(shè)計，包括算法、系統(tǒng)集成等等?！癆DPD7000自研芯片搭配自研算法，也是本土設(shè)計的優(yōu)勢。在心率、血氧、心率變異性、離腕檢測、房顫、睡眠、體內(nèi)含水量、血紅蛋白含量等領(lǐng)域ADI都有自研算法，這些實戰(zhàn)應(yīng)用也都體現(xiàn)了ADI硬件結(jié)合算法的優(yōu)勢?！焙卧磁e例道。

“我們對客戶，也有很龐大的支持體系，本地產(chǎn)品線、系統(tǒng)團隊、銷售和FAE之外，有行業(yè)上豐富的合作伙伴，能夠?qū)蛻魧崿F(xiàn)全方位的支持?！焙卧磸娬{(diào)道。而作為業(yè)界優(yōu)質(zhì)的方案提供商，近年來ADI不斷深化本地戰(zhàn)略，為了更好地服務(wù)于本土客戶，成立了中國產(chǎn)品事業(yè)部，全鏈條本土化芯片定義、設(shè)計、制造、封裝、測試，具備領(lǐng)先技術(shù)、豐富資源、24小時服務(wù)響應(yīng)和本地供應(yīng)鏈等多重優(yōu)勢，助力廠家打造差異化的產(chǎn)品，用實際行動幫客戶實現(xiàn)快速的量產(chǎn)落地。