如何創建準確的性能跟蹤運動可穿戴設備

無論您是在周末長跑還是參加休閑或專業級別的運動，您都可能對準確的方式來跟蹤您的進度和表現感興趣?？纱┐髟O備提供了一種解決方案。

根據分析公司MarketsandMarkets的研究，到31年，體育技術市場預計將達到1億美元，可穿戴設備是最大和增長最快的細分市場。這也難怪，配備生物傳感器的可穿戴設備會不斷收集數據，并以方便舒適的形式出現，例如腕帶、衣服、胸帶、腰帶和珠寶。當使用復雜的算法分析這些數據時，佩戴者可以獲得有關運動表現和整體健康狀況的寶貴見解。

更明智地進行健身

可穿戴設備可以跟蹤心率、血氧水平、壓力水平、體溫和睡眠質量等關鍵參數。然后，用戶可以將這些見解應用于更高效的鍛煉、更好的慢性病管理、更積極的預防性護理以及更個性化的醫療保健模式。特別是對于運動員來說，這些設備和軟件工具可以幫助進行球員安全評估、預防鍛煉損傷以及身體調節和表現。例如，基于射頻技術的跟蹤系統可以跟蹤籃球運動員的加速度、跳躍和其他動作。

有效的可穿戴運動技術必須高度準確，提供有用的測量，在兩次充電之間長時間運行，并且舒適且不引人注目。底層技術在實現這些特征中的每一個方面都起著關鍵作用。

生物傳感器揭示健康洞察寶庫

連續心率監測提供心跳到心跳的數據，這些數據是心率變異性的指示，它告訴了很多關于身體的信息：

對運動的反應如何

它從活動中恢復得如何

體能水平和任何相關改進

它跟蹤目標的程度如何

活動期間的剩余能量

提供此類數據需要光學和機械設計專業知識、低功耗電氣設計知識和算法能力。至于組件，理想情況下，它們應該是精確的，小的，并且消耗很少的功率。

光學傳感器的進步是可穿戴健康和健身監測解決方案功效的重要貢獻者。傳感器現在可以準確監測光電容積脈搏波 （PPG）、體溫和其他生命體征?，F在甚至還有用于可穿戴設備的生物傳感器模塊，這些模塊集成了多個參數，例如同步PPG和心電圖（ECG）監測。PPG使用光來詢問組織，提供心動周期中組織中血液體積變化的光學測量。另一方面，心電圖使用電極來測量心臟中的電信號。兩者都可用于提供心率測量，ECG傳感器還可以產生可靠的心率變異性數據。然而，PPG監測尤其具有挑戰性，因為它會受到環境光、不同皮膚狀況和顏色、血液灌注和身體運動偽影的影響。

將光學傳感技術集成到可穿戴設備中的挑戰將因終端設備而異。例如，從智能手表獲得準確的測量結果將比在入耳式監聽器中更難。手腕是一個血液灌注低和運動量大的區域，會產生影響讀數的噪音。耳朵的血液灌注更高，因此可以產生更精確的測量結果。

開發平臺加快您的可穿戴設計周期

半導體解決方案的進步解決了可穿戴設計的精度、功率效率和尺寸挑戰。例如，Maxim長期以來一直專注于開發能夠提供洞察力的產品，以實現更健康的世界。例如，MAX-HEALTH-BAND 是一個評估和開發平臺，它流式傳輸來自傳感器的原始數據或處理原始數據以輸出心率、心率變異性、活動分類、卡路里消耗和步數信息。該平臺可以縮短長達六個月的開發時間，包括：

MAX86140超低功耗光學脈搏血氧儀/心率傳感器（圖3），具有低噪聲信號調理模擬前端（AFE），包括19位模數轉換器（ADC）、環境光消除電路和柵欄檢測和替換算法。糾察柵欄算法可在不同的光線條件下（如陰影和強光）下始終如一地進行準確的心率檢測。

圖2.MAX86140原理框圖

MAX20303可穿戴電源管理IC （PMIC）（圖4），包括具有自動諧振跟蹤功能的偏心旋轉質量（ERM）/線性諧振執行器（LRA）觸覺驅動器、微靜態電流升壓和降壓穩壓器、線性鋰離子電池充電器、微靜態電流低壓差（LDO）穩壓器和可選的電量計

Maxim的運動補償算法，基于PPG信號提取數據

MAX-ECG-MONITOR 為監測臨床級心電圖和心率提供了一個評估和開發平臺。它有用于臨床應用的濕電極貼片，以及用于健身應用的胸帶。該平臺包括MAX30003超低功耗、臨床級、集成生物電位AFE，提供ECG波形和心率檢測。其連續測量可用于趨勢型或預測型應用。由于該平臺的內置心率檢測功能包括中斷功能，無需在微控制器上運行心率算法，因此可在高運動環境中以極低的功耗產生強大的R-R檢測。該平臺通過幾個關鍵特性支持較長的電池壽命：在 85.1V 電源電壓下以 1μW 工作，以及允許微控制器僅在每次心跳時喚醒的可配置中斷，從而降低整體系統功耗。

總之，從可穿戴外形提供準確的數據需要精確、節能且小巧的基礎技術。IC供應商正在為設計人員提供資源，以創建智能手表，胸帶，服裝和其他可穿戴設備，以提供連續，實時的健康和健身見解，以塑造其性能。本文的擴展版本最初出現在電源系統設計中。

審核編輯：郭婷