让智能手表健康监测更精准！ADI全新传感器前端，实现医疗级水平

作者 | ZeR0
编辑 | 漠影

芯东西8月1日报道，随着人口老龄化加剧以及年轻人越来越注重个人健康管理，智能手表等智能可穿戴设备因具有全天候和便携性等特质，正被定义成“腕上诊所”，增添更多实时监测生命体征的功能，包括心率、心电、血氧、体温、体脂等。

这对集成其中的芯片也提出更高的要求。就在上周，亚德诺半导体（ADI）推出了由ADI中国产品事业部定义并设计完成的多模式生命体征监测传感器前端新品ADPD7000。ADI中国产品事业部高级市场应用经理何源向芯东西等媒体分享了ADI对可穿戴技术趋势的观察与分析，并详细解读了ADI在生命体征监测方面的技术优势。

何源说，医规仅仅是及格线，ADI芯片已经完全可以做到专业医疗级别，而且还有余量，至于可穿戴设备是否具备参考价值则取决于厂商。

一、显著优化四大关键指标，支持穿戴设备精准测压力

我们来结合实际用途看一下ADPD7000的硬件特性。

PPG（光电容积脉搏波描记法）是借助光电在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法，可以用于监测脉搏、血氧、血压等数据。

对光的感知存在一些挑战，比如肤色较深可能把光几乎吸收完，看不到反射的能量，需要更高灵敏度和更高信噪比的信号链路去实现准确监测。有些人的体毛较长，光打到体毛上会到不了血管，这时需要将体毛的动态噪声盖掉，过滤出有效信息。还有伤疤、纹身等存在不均匀性，都会对体征指标监测造成挑战。

对此，ADPD7000在硬件上能够实现更高效的光电路径配合，相比上一代ADPD6000，可以支持的通道数更多，达到8路LED，在性价比和功能性上拥有非常好的平衡。

何源解释道，更多的LED意味着，第一是可以有更多的布局，一个地方没有戴好，还有一个地方的数据可以用，有点像双麦克风降噪，相当于双重保险机制；第二是多LED可以接多个波长，不光是测心率，还可以测别的。

用可穿戴设备测量ECG（心电图）时，不像在医院会用到很大的电极通过吸盘紧扣在身上，由于可穿戴设备电极面积很小，接触时可能有晃动，也可能因为皮肤干燥而测不出来，所以需要电路有很精妙的设计才能保持监测精准。

ADPD7000的输入阻抗大到20G，1G是10的9次方，大概是200亿欧，是上一代的7到10倍，值越大就意味着能抵抗的干燥程度越好，动态范围越大，即在遇到低温、干皮肤等极端监测环境时的腕上覆盖度和准确度显著加强。

BIA（生物电阻抗分析）被用于监测体脂。智能手表上可以有四个电极，下面两个、侧面两个，监测时会发一个安全的微弱电流到人的身上，然后智能手表根据电流来测体脂、水分的含量。

在医疗行业，很多专业体脂秤采用的都是ADI的解决方案。ADI也为穿戴设备的这类功能提前做了很多的迭代和布局。干的皮肤和湿的皮肤在做阻抗测量时，输入阻抗的不均衡很大，两对测试线会不均衡，从而导致物理上的很大测量误差。为了克服这个问题，ADI在硬件上加上了创新的拓扑结构，再加上通过软件算法优化来消除寄生和非对称的影响，得到最准确的测量结果。

心率可以很科学地测量，但情绪、压力这些比较虚的东西怎么测？

一个关键的指标是GSR（皮肤电反应），有些测谎仪会用到这个技术。ADI已经在穿戴设备上将该指标做到接近一些上万元专业设备的水平。压力测量不够精细化的智能手表，加上ADPD7000后会结合PPG有一个更精准的判断。

何源说，PPG和GSR都是测阻抗，区别在于PPG是测高频阻抗，GSR测的是体内阻抗，把电打到体内，是低频阻抗。两者可以做传感器融合，数据组合给算法，能得到更精准的结果。

像宇航员、高铁司机等一些专业领域已经进行压力监测，未来这些硬件产品会走到消费类领域，让更多人从中受益。

二、超低功耗、严控成本、丰富自研算法

超低功耗和成本，也是ADPD7000的主要亮点。

可穿戴设备用户普遍关注续航问题，这跟功耗直接挂钩。据何源分享，ADPD7000信噪比很高，只需要打一个很弱的光就能实现监测，非常节省功耗。ADI将电源效率做得很高，电池经过电源管理芯片之后具有高能量利用率，不用的功能会被关掉。

GSR的功耗也很低，现在的智能手表大概是500毫安的电池，假如原来续航是14天，用上GSR后，续航可能变成13.8天，只会少一两个小时。

ADI中国产品事业部团队在模拟和数字设计的过程中有很多的讨论与权衡，涉及哪些单元可以复用、哪些面积可以减小等等。再加上ADPD7000芯片的全链条都是在本土设计的，因此其成本控制基于ADI跟供应商及客户的频繁沟通，在保持高性能的同时对成本控制很有竞争力。

此外，ADPD7000 PPG 200mV@100mA的顺从电压（Compliance Voltage）可能会给手表的设计省一颗电源，芯片具备这种特性可以简化客户的系统设计，节省BOM成本。

ADI提供的光学、电极和所有调试的产品，都能很方便地接到客户的平台上。同时ADI自己也会研发产品，以充分了解客户需求。

好的芯片要结合好的软件和算法。在心率、血氧、心率变异性、离腕检测、房颤、睡眠、血红蛋白含量等方向，ADI都有自研算法。

目前其算法合作伙伴已基于ADI的芯片研究出无创测量血压或情绪压力的方法，如疲劳度。相关应用场景很多，比方说开车时，一些智能汽车里有DMS摄像头在监测状态，ADPD7000也可以做疲劳度的提醒。

ADI的生态合作体系包括一串覆盖从芯片定义、设计、制造到封装、测试的全链条本土化供应链，同时其芯片可配合平台商的算法实现全栈方案。对于一些研发能力不是很强的企业，ADI也可以联合方案商合作伙伴来提供支持。整体来看，ADI提供的是一套全栈方案，包括行业资源、海内外客户及开发资源的对接等等。

何源说，在跟国内客户交流的时候，ADI通常会分享很多经验，如果客户遇到有问题，每个问题都会安排有专人负责，以确保产品从设计到量产可以迅速落地，有效缩短开发周期。

三、本地定义研发、供应链本土化，以中国速度为本土客户提供服务

作为一家1965年就成立的老牌芯片公司，ADI早在1995年就开始在中国布局。

ADI中国事业部的前身是ADI中国研发中心，背靠ADI全球技术体系。目前ADI中国事业部在北京、上海、深圳共计有220多位芯片、系统应用研发工程师，量产了50种以上芯片产品，获得70余项专利，发表过6篇以上的国际顶级ISSCC论文。

“in China for China”是ADI在中国的核心战略。ADI中国产品事业部的定位是本地定义研发、供应链本土化、以中国速度为本土客户提供服务。其产品不仅面向中国市场，也被亚洲及全球客户采用。

何源说，ADI是一个统一的公司，在做任何产品规划的时候都会内部沟通协调好，包括产品的定位、下一代的方向要怎么走。ADI中国产品事业部的产品定位更多是基于本土化需求来构建产品，经内部整体讨论后确定。

“可以这么说，在穿戴领域，市场主体主要还是在中国的。”他谈道，“我们现在做的ADPD7000就是为了后面主流的应用去做的，尤其是面向中国的客户，甚至包括亚洲甚至是全球的客户。”

结语：精准定位本土化需求，提供多元组合

ADPD7000的前代产品此前已被三星智能手表、疗养院设备等To C及To B类产品采用，在业界有口皆碑。据何源介绍，由于是本土化打造，ADI中国事业部整个产品系列的需求定位非常精准，能提供满足不同需求定位的产品，不同系列可以有很多组合。

当前ADI中国产品事业部的产品已覆盖通信、汽车、医疗、工业、消费电子等领域，除了健康管理外，还涉及通信、BMS、音频处理等类别。