心率監(jiān)測傳感器的普及與多傳感器融合

　　在可穿戴市場中，我們發(fā)現(xiàn)主要有3類傳感器：運動傳感器、環(huán)境傳感器和生物計量傳感器(biometric sensors)。每類傳感器都可對終端用戶的活動、周圍環(huán)境和健康提供獨特的信息。當與可穿戴系統(tǒng)結合時，這些傳感器可能會變得更強大，以支持各種健康和健身應用場景。在可穿戴系統(tǒng)中添加和使用傳感器需要考慮許多設計權衡因素，包括系統(tǒng)性能與功耗比和解決方案的成本等。例如，一款光學傳感器要求使用可以傳輸光的專用封裝材料。某些傳感器的功耗可能需要被限定，以至于它們不會給電池帶來恒定負荷而限制了電池續(xù)航時間，但是該方法增加了設計復雜度和最終成本。

Silicon Labs物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品應用工程總監(jiān) Colin Tompkins

心率監(jiān)測(HRM)功能

　　越來越多的可穿戴設備制造商正在為其可穿戴產(chǎn)品增加心率監(jiān)測(HRM)功能。高集成度有助于降低HRM應用中所用傳感器的成本。目前，HRM傳感器正將諸如模擬前端(AFE)、PD和LEDs等分立元器件整合到高度集成的模塊中。這些模塊降低了將HRM功能添加到可穿戴產(chǎn)品中時的成本和復雜度。

　　HRM算法正變得越來越精妙，同時還專為不同的使用場景、環(huán)境條件和活動要求進行了優(yōu)化。一些算法強調(diào)高性能，卻帶來了更高的功耗;而其它的算法通過提供功率效率，從而帶來更長的電池續(xù)航時間。

　　可穿戴產(chǎn)品的外形設計也在穩(wěn)步地發(fā)生變化。雖然胸帶產(chǎn)品已有效地服務于健康和健身市場，但目前HRM正在轉(zhuǎn)移到腕帶式的可穿戴產(chǎn)品中。光學感應技術和高性能且低功耗處理器方面的進展使得腕帶式外形設計成為可能;HRM算法的精確度也已經(jīng)達到了腕帶式外形設計可接受的水準。其它新型可穿戴傳感設備的外形設計和使用位置也在不斷出現(xiàn)，如發(fā)帶、運動和健身衣物以及耳塞式耳機等。然而，目前和近期的大多數(shù)可穿戴生物計量傳感應用還將會聚焦在腕帶式產(chǎn)品上，而固態(tài)傳感器將繼續(xù)為那些腕帶式可穿戴產(chǎn)品的用戶體驗提供基礎支持。

多傳感器融合

　　為了實現(xiàn)傳感器融合，開發(fā)人員必須優(yōu)化其系統(tǒng)架構。例如，要在低功耗狀態(tài)下實現(xiàn)傳感器融合，就需要一種不同于為更高性能而進行優(yōu)化的方法。如果功耗不是一項設計所關心的問題，那么傳感器融合可以通過系統(tǒng)主處理器的持續(xù)運算來實現(xiàn)。

　　傳感器融合可以被運用于生物計量檢測可穿戴應用中，以說明最終用戶的模式。例如，一款環(huán)境光傳感器可表明用戶是否處于黑暗的房間中;一款運動傳感器可感知用戶靜止不動而可能在睡覺;然而一款HRM傳感器同時又提供了一種正常的心率，暗示用戶躺在床上，但不一定是睡著了。在過去，睡眠監(jiān)測往往由運動傳感器單獨完成;而通過將環(huán)境光和HRM傳感器增加到系統(tǒng)中，可穿戴產(chǎn)品可對睡眠模式進行更精密的分析。

　　另外，光學心率傳感器可為加速度計增加一個接口，來協(xié)助實現(xiàn)光學和加速計的同步采樣。這種硬件架構設計方式允許兩種不同類型的傳感器互相協(xié)作，來提高心率生物監(jiān)測的性能。

　　Silicon Labs為可穿戴應用提供多樣化的傳感器、低功耗Gecko MCU、Wireless Gecko片上系統(tǒng)(SoC)器件、無線模塊、軟件協(xié)議棧和開發(fā)工具。Silicon Labs的多傳感器產(chǎn)品組合包括光學傳感器、生物監(jiān)測/心率監(jiān)測傳感器、I2C數(shù)字接口相對濕度和溫度傳感器芯片、以及電容式觸摸感應MCU器件。它們?yōu)楦鞣N應用提供了高可靠性、緊湊的面積、高集成度以及易用性。

Silicon Labs的應用方案

　　Silicon Labs的光學傳感器系列能夠感應紫外線(UV)指數(shù)、環(huán)境光、長距離范圍內(nèi)的接近、心率/脈搏血氧飽和度、以及2D或3D的手勢動作。公司主要的光學傳感器產(chǎn)品包括：

　　Si1153傳感器是一款環(huán)境光、接近和手勢監(jiān)測器件，它帶有I2C數(shù)字接口和可編程的事件中斷輸出。該傳感器具有以下特性：雙23位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，一個片上高靈敏度可見光和紅外光電二極管陣列、一個數(shù)字信號處理器(DSP)和3個集成化的、具有可編程驅(qū)動等級的LED驅(qū)動器。Si1153可在大動態(tài)范圍內(nèi)和包括直射陽光在內(nèi)的各種光源下提供優(yōu)異的性能，也可以在黑暗的玻璃罩下工作。

　　Si1133傳感器是一款UV指數(shù)和環(huán)境光感測器件，具有I2C數(shù)字接口和可編程事件中斷輸出功能。該傳感器包括雙23位ADC和一個片上高靈敏度UV、可見光和紅外光電二極管陣列。

　　Si1143/44 心率監(jiān)測(HRM)解決方案結合了一個高精度光學傳感器、一個LED光源和一種專有HRM算法，以提供超低功耗、動態(tài)化HRM解決方案。其目標市場包括：健身手環(huán)、智能手表和消費性健康應用。除了提供低功耗以實現(xiàn)更長的電池續(xù)航時間外，Si1143/44解決方案還提供了可與傳統(tǒng)胸帶競爭的性能。Si1143/44僅使用了一個綠光LED，這使它能夠采用一個非常小型化的封裝(2.9 mm x 4.9 mm)。性能如此優(yōu)越的方案，其售價僅為市場上最好方案的零頭。

　　通過充分發(fā)揮我們經(jīng)過驗證的光學傳感器架構、軟件和系統(tǒng)專業(yè)知識，Silicon Labs正在不斷地推動生物檢測傳感技術走向更加完美。我們的路線圖包括新一代光學傳感器產(chǎn)品，它們可提供更高的準確性、更高的精確度、更低的功耗和額外的感測技術。這些新一代光學傳感器都是專為應對可穿戴市場中面臨的性能、成本和功效等艱巨挑戰(zhàn)而設計。