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Maxim Integrated推出最新健康可穿戴傳感器平臺

安富利 ? 來源:cg ? 2019-01-04 08:48 ? 次閱讀

根據IDG發布的《中國可穿戴設備市場季度跟蹤報告》,2018年第一季度中國可穿戴設備市場出貨量為1200萬臺,同比增長15.9%。雖然這個數字和前兩年可穿戴市場最火爆時相比少了些銳氣,但是沒有人會懷疑這個領域蘊含的巨大潛力。

特別是在撇開發展初期的泡沫之后,可穿戴市場這正逐漸向著更加細分的垂直領域滲透,健康醫療可穿戴就是一個重要的方向。有數據數據顯示,全球穿戴醫療設備市場規模方面將從2016年的53.1億美元,增加至2021年的121.4億美元,年復合增長率為18.0%。

不過,對于置身于可穿戴健康醫療設備研發的開發者來說,其注定會面臨一個挑戰——專業的垂直市場更加碎片化,很難形成一個類似通用智能手表、運動手環那樣的爆款單品,如何能夠攤薄前期的研發費用,規避風險,是一個必須考量的問題。

想要解決這一問題,一個可行的方法就是“平臺化”,即使用一個統一的開發平臺去適應一類應用的開發需要,這個開發平臺既需要有廣泛的功能覆蓋,還要有前瞻的可擴展性。

今天我們給大家介紹的,就是這樣一款開發平臺——Maxim Integrated推出的MAXREFDES101#健康可穿戴傳感器平臺。

圖1,Maxim推出的MAXREFDES101#健康可穿戴傳感器平臺(圖片來源:Maxim Integrated)

MAXREFDES101#是之前Maxim推出的健康傳感器平臺MAXREFDES100#的升級版,各方面的功能表現更為完善。該開發平臺以一個腕表的形式呈現(如圖1),內含多種生物體征傳感器以及運動傳感器,加上主控微控制器電源管理器件就構成了一個完整的健康可穿戴系統。同時它可通過Bluetooth將算法輸出和原始數據傳輸到Android app或PC GUI中,用于演示、評估和定制開發,為開發者提供了一個功能完整的開發平臺。

圖2,MAXREFDES101#健康可穿戴傳感器系統框圖(圖片來源:Maxim Integrated)

從MAXREFDES101#開發平臺的系統框圖中(圖2)可以看到,平臺硬件架構分為兩部分:控制器電路板和傳感器電路板。

控制器電路板

左邊的控制器電路板,主要負責系統主控、電源管理以及無線數據通信的功能。在其中Maxim貢獻了兩個關鍵的器件:

MAX32630微控制器:該MCU屬于Maxim的DARWIN低功耗微控制器家族中的一員,內置Arm Cortex-M4 FPU CPU內核,并具有靈活的電源模式、智能外設管理單元(PMU)、動態時鐘門控和固件控制功率門控等低功耗特性。器件中SPI、UARTI2C、1-Wire、USB接口也一應俱全,還提供硬件AES引擎??梢哉f,這款MCU在滿足可穿戴低功耗特性的同時,完全能夠勝任必要的計算和控制工作。

MAX20303電源管理IC:這是一個高度集成、可編程電源管理方案,專門用于超低功耗可穿戴應用。它內置了一組靈活的電源優化電壓調節器——包括多個降壓、升壓、升/降壓和線性調節器——每個調節器的靜態電流典型值僅為1μA,低功耗表現十分出色。該器件中還集成了完備的電池管理功能;包括三個用于指示或背光照明的集成LED電流驅動器;帶有自動諧振跟蹤的ERM/LRA驅動器提供精良的觸覺反饋……所以只需這樣一顆芯片,就可以完成可穿戴主流應用所需的電源管理任務。

此外,主控板上還集成了BOCSH的6軸加速度計和陀螺儀和氣壓傳感器,以及Cypress的BLE低功耗藍牙通信模塊。與上述的微控制器和電源管理單元整合在一起,基本上形成了一個完整的主控+運動監測系統。

圖3,MAXREFDES101#中的微控制器電路板(圖片來源:Maxim Integrated)

傳感器電路板

MAXREFDES101#系統框圖右邊的是傳感器電路板,健康相關的生物特征感測工作就是在此完成。電路板上幾個核心的傳感器包括:

ECG傳感器:Maxim開發的MAX30001是用于可穿戴設備、包括生物電勢和生物電阻抗 (BioZ) 的模擬前端 (AFE) 方案。該器件具有一個單路生物電勢通道,提供心電圖 (ECG) 波形、心率和起搏信號沿檢測;另一個單路生物電阻抗通道能夠測量呼吸。MAX30001出色的性能使其非常適合醫療臨床和健身等高性能應用,而其超低功耗的表現,也讓電池供電的可穿戴設備使用起來毫無壓力。

體溫傳感器:MAX30205溫度傳感器同樣來自Maxim,它利用高分辨率、Σ-Δ、模/數轉換器 (ADC) 將溫度測量值轉換為數字形式,精度滿足ASTM E1112的臨床測溫儀技術規范。MAX30205的2.7V至3.3V供電電壓、600μA低供電電流、鎖定保護I2C兼容接口等特性,也使其很適合應有在可穿戴健身和醫療應用中。

PPG傳感器:PPG是利用光電容積描記技術進行人體運動心率的檢測的方法,屬于紅外無損檢測技術,在生物醫學中應用廣泛。Maxim的MAX86140為PPG檢測提供了超低功耗、高集成、使用簡單靈活的光學數據采集系統。在發送器側,MAX86140有3個可編程高電流LED驅動器,并可配置為驅動6個LED;在接收器側,MAX86140有一個低噪聲信號調理模擬前端(AFE)。該器件具有領先的環境光抑制能力,適用于較寬范圍的各種光檢測應用。

值得一提的是,MAX86140感測到的信號并非直接傳輸給微控制器電路板上的主控MCU,而是傳遞個一個傳感器中樞器件MAX32664做處理,該傳感器中樞內置算法,可對來自MAX86140的數據進行處理,而無需主控MCU的參與,這樣就可以確保將整個系統功耗都控制在較低的水平,這也是可穿戴產品一個常用的低功耗策略。

圖4,MAXREFDES101#中的傳感器電路板(圖片來源:Maxim Integrated)

可以看到,MAXREFDES101#這樣一個平臺,既可以幫助開發者評估相關可穿戴芯片方案的性能,也可以加速其可穿戴產品概念的驗證過程,可以大大簡化健身、健康和醫療臨床可穿戴產品的開發流程。有了這樣的硬件平臺,再輔以配套的軟件開發平臺,就可以構成一個完整的開發平臺體系,讓開發者獲得事半功倍的體驗。

圖5,MAXREFDES101#方案剖視圖(圖片來源:Maxim Integrated)

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原文標題:這是塊智能手表?不,這是健康可穿戴開發平臺

文章出處:【微信號:AvnetAsia,微信公眾號:安富利】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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