當(dāng)心率檢測功能已經(jīng)成為智能手表/手環(huán)的標(biāo)配，可穿戴健康設(shè)備之間的的競爭進(jìn)入到了一個(gè)新高度：如何引入更多更豐富的體征監(jiān)測功能，甚至對于情緒等捉摸不定的狀態(tài)進(jìn)行捕捉和量化，從而使佩戴者成為更好的自我，達(dá)到身心平衡。而這背后，離不開對于PPG技術(shù)的深挖，以及對于Bio-Z技術(shù)的引入。

PPG已被證明能夠成功測量或被提議用于測量以下參數(shù)：心率和心率變化、呼吸頻率、血氧飽和度、身體補(bǔ)水、靜脈反流?。o脈曲張）的嚴(yán)重程度、靜脈功能、冷敏感性、血壓、心輸出量。而Bio-Z則可通過測量生物阻抗，進(jìn)行身體成分分析、生物阻抗光譜分析、阻抗心動圖和體積描記法等，應(yīng)用于體脂率、含水量、缺水提醒、骨骼肌含量和基礎(chǔ)代謝率檢測。

雖然這些技術(shù)在嚴(yán)肅醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，但是要將這些新的應(yīng)用引入到手表/手環(huán)這種可穿戴設(shè)備上，受制于佩戴位置、設(shè)備功耗、體積等條件，仍存在著不小的技術(shù)挑戰(zhàn)。

ADI于近日推出了新的可穿戴健康A(chǔ)FE芯片：ADPD7008和ADPD700x，這兩款新品分別針對PPG和Bio-Z，幫助可穿戴設(shè)備廠商在這兩個(gè)方向上進(jìn)行更深入的應(yīng)用探索。

ADPD7008：極致的PPG功能和客戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造全流程支持

PPG即（Photoplethysmography，光電容積描記法）是一種通過測量光的吸收或反射來監(jiān)測人體血液容積變化的技術(shù)。PPG可以分為兩種測量方式：一種是透射吸收，譬如通過手指或耳垂來測量光的吸收量；另一種是反射式，即通過測量反射回的光線散射信息來判斷血液容積變化。反射式的傳感器位置可以自由放置，因此更適用于手表和手環(huán)等設(shè)備。

如下圖所示，智能手表的光學(xué)傳感器通常放置于手表背面，與手腕上方的皮膚接觸，通過測量皮膚表面下的靜脈和毛細(xì)血管來獲取血液脈動信息。

光線的發(fā)射是通過LED，而反射光線的是PD來接收。而對于LED和PD的數(shù)量和排布方式，不同手表廠商的設(shè)計(jì)也有所不同。當(dāng)人的手腕移動時(shí)可能會與背部的傳感器之間產(chǎn)生位移或間隙，導(dǎo)致漏光等問題，因此更多的方向和角度上的LED和PD布局，能夠確保相互之間的接觸，從而更準(zhǔn)確地采集到容積變化。

采集到的數(shù)據(jù)是一個(gè)個(gè)波形，而這其中蘊(yùn)含著很多關(guān)鍵的信息?！暗谝皇强梢灾滥愕男奶?，這些頻率跟你脈搏波動的頻率是一致的。同時(shí)，我可以根據(jù)不同的眼睛（PD）看到的不同狀態(tài)的差別分析出來血氧飽和度，還有心跳之間的差異——比如睡覺時(shí)做睡眠監(jiān)測的話，每天早上起來我的智能手表會告訴我，晚上的心率變異性大概是多少，這個(gè)值代表著我本身的身體狀況，其實(shí)是很有用的。未來可能還有血壓跟血糖這些等。”ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部高級市場應(yīng)用經(jīng)理何源介紹到。

ADPD7008，是ADI專門針對PPG優(yōu)化而來的AFE芯片。單芯片集成了8 LED和4 PD，具有117+dB的高信噪比和0.004Hz～9KHz的寬報(bào)點(diǎn)率。

據(jù)何源介紹，ADPD7008的寬報(bào)點(diǎn)率可以達(dá)到9KHz，也就是說一秒鐘最快可以報(bào)9000個(gè)點(diǎn)，這也就意味著可以去適配各種各樣的對心率捕捉的算法需求。同時(shí)，因?yàn)橹魂P(guān)注于PPG這一個(gè)功能上，所以芯片的功耗可以做到更低、性價(jià)比也就更高，因此客戶中高低端的產(chǎn)品都可以選擇這款芯片。

芯片強(qiáng)，更要客戶用的好。

尤其是對于可穿戴設(shè)備廠商而言，他們相比嚴(yán)肅醫(yī)療的客戶，知識儲備并不是那么深厚、對于上市時(shí)間要求更為嚴(yán)苛、面對的市場競爭壓力也更大，所以更需要來自算法、方案、PCB布局仿真等方面的支持。

“ADI不只是賣芯片的，而賣的是全棧方案，從光學(xué)結(jié)構(gòu)、軟件硬件、算法，到量產(chǎn)的方案都會涵蓋?！焙卧凑f到。

除了芯片層面上的優(yōu)勢外，ADI為ADPD7008還帶來了更多方案級的資源，從客戶的芯片使用、算法開發(fā)、PCB打板、到傳感器布局、終端產(chǎn)品的產(chǎn)線制造，提供了整個(gè)鏈路上的關(guān)鍵技術(shù)資源和支持。值得一提的包括自研的SCD活體檢測方案、完備的算法組合（心率、血氧、 睡眠、壓力、HRV…）、量產(chǎn)交付工具（軟硬件、治具）和光學(xué)設(shè)計(jì)/布局仿真與指導(dǎo)等。

據(jù)悉，活體檢測是隨芯片免費(fèi)贈送給客戶的方案，基于G的SCD檢測和基于R/IR的SCD檢測技術(shù)，并進(jìn)行了多種材料遍歷結(jié)合人體特征提取，能夠?qū)崿F(xiàn)佩戴特征+活體識別的功能，而且具備低功耗的特點(diǎn)。在此何源還特別提到，活體檢測的功能，客戶可以自己選擇是基于綠光或者紅光來檢測。

綠光相比紅光更容易被人體吸收，可以減輕反射環(huán)境光帶來的任何污染。相輔相成的是，如果佩戴時(shí)漏光，綠光對于人眼的刺激也就要比紅光強(qiáng)的多，因此晚上可能更容易給佩戴者或他人造成視覺困擾。因此ADI的活體檢測提供了綠光或紅光兩種選擇，方便客戶根據(jù)實(shí)際設(shè)備情況進(jìn)行調(diào)整。

而除了活體檢測方案、諸多的算法之外，工廠治具和產(chǎn)測檢測，對于中小體量的客戶而言，也是非常有價(jià)值的支持?！拔覀兲峁┝艘惶追浅Ｍ暾漠a(chǎn)測流程，可以直接告訴擁有芯片的客戶他們的設(shè)計(jì)是否合理、有哪些地方可以改進(jìn)、能否進(jìn)行大規(guī)模的量產(chǎn)?！焙卧唇忉尩?，“通常在一開始小批量階段的時(shí)候大家都是先做一兩百套，而我們的目的就是希望能夠在這個(gè)階段提前幫助客戶把問題篩選出來，提前進(jìn)行預(yù)警。這樣就可以避免等到客戶開模之后進(jìn)行幾十上百萬套生產(chǎn)的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)問題，那將會是嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。”

舉例而言，當(dāng)客戶手表送達(dá)后，ADI將在一個(gè)封閉環(huán)境中測試其對黑卡、白卡和灰卡的響應(yīng)，以模擬其對于皮膚的實(shí)際感知效果。這些卡片分別代表極度白色和極度黑色，用于測試產(chǎn)品在極端條件下的光學(xué)設(shè)計(jì)和玻璃厚度是否合適。由于有些手表需要防水防塵，玻璃可能會較厚，因此需要進(jìn)行權(quán)衡。這些測試結(jié)果將被轉(zhuǎn)化為一系列數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以映射到偏離度，以確定其是否滿足算法需求。通過這種量化的結(jié)果，來幫助客戶進(jìn)一步完善其產(chǎn)品設(shè)計(jì)和算法的適配優(yōu)化。

此外，ADI還為客戶提供了一個(gè)產(chǎn)測專用的客戶端——VSM Mini Client。通過這個(gè)客戶端，可以方便產(chǎn)線工人更便捷地進(jìn)行產(chǎn)線不良品篩查，協(xié)助廠商進(jìn)行質(zhì)量分析?！斑@是一個(gè)非常便捷的工具，插上USB或藍(lán)牙，與藍(lán)牙一連接，只需要點(diǎn)一個(gè)按鈕開始，就可以全流程自動完成測試。哪里有問題都會被直接攔截住?！焙卧唇忉尩剑斑@對于一些中小型公司是很有幫助的，因?yàn)樗麄兒苌儆腥肆θラ_發(fā)這些東西，而我們作為芯片供應(yīng)商都可以把這些提供給他們?！?

ADPD700x：純粹的Bio-Z AFE，提供設(shè)計(jì)靈活性和極致性價(jià)比

Bio-Z是生物阻抗（Bioimpedance）的簡稱，主要用于測量身體的阻抗特性。Bio-Z技術(shù)通過在體表施加微小的交流電流，并測量電流通過體內(nèi)不同組織時(shí)的電壓變化，從而計(jì)算出阻抗值。這些阻抗值可以反映心臟活動、呼吸頻率和體液狀態(tài)等信息。

而ADPD700x則是ADI專門為Bio-Z推出的AFE，單純用于阻抗測量。正是因?yàn)楣δ芗兇猓訟DPD700x的尺寸僅有2.2x1.8mm，功耗也做到了更低水平。同時(shí)也具備了更寬的動態(tài)范圍和更高的信噪比。此外，ADPD700x還具備誤差/寄生校準(zhǔn)專利，提供硬件級Lead-on檢測（不需要軟件，芯片就可以直接判斷是否佩戴）。

通過ADPD700x，可以支持客戶進(jìn)行BIA+EDA/GSR相關(guān)的應(yīng)用開發(fā)。

BIA（Bioelectrical Impedance Analysis）是利用生物阻抗技術(shù)進(jìn)行人體成分分析的一種方法。其原理是通過在體表放置電極形成電流回路，向人體施加微小的電流，測量兩電極之間的電壓變化，然后進(jìn)行阻抗計(jì)算。通過特定算法，將測得的阻抗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為身體成分比例，包括總水分（Total Body Water, TBW）、肌肉質(zhì)量（Lean Body Mass, LBM）和脂肪質(zhì)量（Fat Mass, FM）等。因此BIA常用于健身、營養(yǎng)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，幫助評估個(gè)體的身體健康狀況和體成分變化。

Electrodermal Activity (EDA)即皮膚電活動，是指皮膚表面電特性的變化，通常反映出由交感神經(jīng)系統(tǒng)引起的皮膚汗腺活動。通過在皮膚上放置電極，測量皮膚導(dǎo)電性（電導(dǎo)）的變化。當(dāng)人處于不同的情緒狀態(tài)或壓力狀態(tài)時(shí)，汗腺的活動會改變皮膚的導(dǎo)電性，從而改變測量到的電導(dǎo)值。這種測量可以提供有關(guān)情緒、壓力和興奮水平的信息。

在進(jìn)行阻抗測量時(shí)，設(shè)備的電極越小，由于電極與人體皮膚之間的接觸電阻，阻抗測量誤差就越大。在可穿戴設(shè)備上實(shí)現(xiàn)BIA/EDA應(yīng)用面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是時(shí)變接觸阻抗（time-varying contact impedance）。這種變化可能由于皮膚的干濕度、運(yùn)動引起的電極移動以及長期佩戴導(dǎo)致的電極接觸不良等因素引起。這些因素會影響測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，因此在設(shè)計(jì)可穿戴設(shè)備時(shí)，需要特別注意這些問題，并采取措施（如優(yōu)化電極材料和設(shè)計(jì)、使用智能算法進(jìn)行數(shù)據(jù)校正等）來提高測量精度。

而ADPD700x，專門針對這些問題進(jìn)行了優(yōu)化。據(jù)何源介紹，ADPD700x采用了ADI的MS4/6/12專利架構(gòu)，可以采用不同的頻率來進(jìn)行掃描。“不同的頻率可以穿透身體的滲透度是不一樣的，打的快一點(diǎn)可能就可以穿得深一點(diǎn)，可以到內(nèi)臟；打得淺一點(diǎn)或者是不打就是直流通過皮膚的表皮。通過返回來的相位差可以知道大概阻抗的狀況，據(jù)此再反推出來體脂率等指標(biāo)?！?

該技術(shù)原理聽起來比較簡單，但實(shí)際實(shí)現(xiàn)的難度極高。因?yàn)檩^慢的掃描頻率下的阻抗誤差很大，較快的掃描頻率下又會瘦到細(xì)胞膜導(dǎo)致的寄生電容印象。而ADI的MS4/6/12專利架構(gòu)，可以將整體的誤差值下降到2%以內(nèi)。

在方案層面，ADPD700x提供了完整的PCB Layout示例。在該示例包含了ADI對于模擬層面的知識積累，優(yōu)化了ADPD700x外圍的電源、開關(guān)、天線之間的搭配，以及導(dǎo)線之間的干擾，客戶可以直接在此公板基礎(chǔ)上進(jìn)行自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這大大便利了客戶對于芯片的使用和方案的構(gòu)建。

ADPD700x定位非常精準(zhǔn)，對于想在已經(jīng)具備PPG的手表上添加Bio-Z的功能，但又不想大幅修改設(shè)計(jì)的客戶，可以直接選擇添加一個(gè)ADPD700x來實(shí)現(xiàn)組合創(chuàng)新。即使客戶的PPG采用的并非ADI的芯片，也可以與ADPD700x進(jìn)行完美的組合，組成一個(gè)全棧式的、更徹底的檢測方案。

深挖PPG和Bio-Z在可穿戴上的應(yīng)用潛力

從去年發(fā)布的ADPD7000，是一顆大而全的AFE芯片，它單芯片就實(shí)現(xiàn)PPG、ECG、BIA和EDA四個(gè)通道的檢測功能，是行業(yè)中多模式傳感器前端的標(biāo)桿，迎合了當(dāng)下可穿戴市場上最全面的、頂尖的生命體征的監(jiān)測需求，是旗艦級智能手表的必選。

而今年發(fā)布的ADPD7008和ADPD700x，則是精確的對準(zhǔn)了智能手表對于PPG升階和Bio-Z添加的功能需求。在ADPD7這個(gè)系列上進(jìn)行了拓寬，提供了更靈活的產(chǎn)品矩陣。

對于未來市場需求的精準(zhǔn)捕捉，帶來了更精準(zhǔn)的芯片定義，而芯片層面的超高參數(shù)、算法層面的完備組合、客戶設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造層面的全面支持，所有因素疊加在一起，構(gòu)成了ADI在VSM領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力。

何源最后強(qiáng)調(diào)，ADI也一直秉承“本地開發(fā)&落地支持”的原則。幫助客戶從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)有效縮短開發(fā)周期?！八械脑O(shè)計(jì)、所有的問題國內(nèi)都有專門的人負(fù)責(zé)?！?