如何创建精确的性能跟踪运动可穿戴设备

无论您是在周末长跑还是参加休闲或专业级运动，您都可能对跟踪您的进步和表现的准确方法感兴趣。可穿戴设备提供了一个解决方案。

根据分析公司 MarketsandMarkets 的研究，到 2024 年，运动技术市场预计将达到 311 亿美元，而可穿戴设备是最大和增长最快的细分市场。难怪配备生物传感器的可穿戴设备不断收集数据并以方便舒适的形式出现，例如腕带、衣服、胸带、腰带和珠宝。当使用复杂的算法分析这些数据时，佩戴者可以获得有关运动表现和整体健康的宝贵见解。

更聪明地了解您的健身计划

可穿戴设备可以跟踪心率、血氧水平、压力水平、体温和睡眠质量等关键参数。然后，用户可以将这些见解应用于更高效的锻炼、更好的慢性病管理、更积极的预防保健以及更个性化的医疗保健模式。特别是对于运动员来说，这些设备和软件工具可以帮助评估运动员的安全、预防锻炼伤害以及身体状况和表现。例如，基于射频技术的跟踪系统可以跟踪篮球运动员的加速、跳跃和其他动作。

有效的可穿戴运动技术必须高度准确、提供有用的测量值、在充电之间长时间运行、舒适且不引人注目。底层技术在实现这些特性中起着关键作用。

生物传感器发现了健康洞察力的宝库

持续的心率监测提供了每一次心跳的数据，这些数据是心率变异性的指标，它可以告诉我们很多关于身体的信息：

它对运动的反应如何

从活动中恢复的情况如何

健身水平和任何相关的改进

跟踪目标的情况如何

活动期间的剩余能量

提供此类数据需要光学和机械设计专业知识、低功耗电气设计专业知识和算法能力。至于组件，理想情况下它们应该是精确的、小型的并且消耗很少的功率。

光学传感器的进步为可穿戴健康和健身监测解决方案的功效做出了重要贡献。传感器现在可以准确监测光电容积脉搏波 （PPG）、体温和其他生命体征。现在甚至有用于可穿戴设备的生物传感器模块集成了多个参数，例如同步 PPG 与心电图 （ECG） 监测。PPG 使用光来询问组织，提供在心动周期期间组织中血液体积变化的光学测量。另一方面，心电图使用电极来测量心脏中的电信号。两者都可用于提供心率测量，而 ECG 传感器还可产生可靠的心率变异性数据。然而，PPG 监测尤其具有挑战性，因为它受到环境光、不同皮肤状况和颜色的影响，

将光学传感技术集成到可穿戴设备中的挑战因终端设备而异。例如，从智能手表获得准确的测量结果将比在入耳式监听器中更难。手腕是一个血液灌注低、运动量大的区域，会产生影响读数的噪音。耳朵具有更高的血液灌注，因此可以产生更精确的测量结果。

开发平台加速您的可穿戴设计周期

半导体解决方案的进步解决了可穿戴设计的准确性、功率效率和尺寸挑战。例如，Maxim 长期以来一直专注于开发能够提供洞察力以实现更健康世界的产品。例如，MAX-HEALTH-BAND是一个评估和开发平台，可传输来自传感器的原始数据或处理原始数据以输出心率、心率变异性、活动分类、卡路里消耗和步数信息。该平台可缩短长达六个月的开发时间，包括：

MAX86140超低功耗光学脉搏血氧仪/心率传感器（图 3），具有低噪声信号调理模拟前端 （AFE），包括 19 位模数转换器 （ADC ）、环境光消除电路和栅栏检测和替换算法。栅栏算法可在阴影和强光等不同光照条件下始终如一地准确检测心率。

图 2. MAX86140 框图

MAX20303可穿戴电源管理 IC （PMIC），包括带有自动谐振跟踪的偏心旋转质量 （ERM）/线性谐振执行器 （LRA） 触觉驱动器、微静态电流升压和降压稳压器、线性锂电池离子电池充电器、微静态电流低压差 （LDO） 稳压器和可选电量计

图 3. MAX20303 框图

Maxim 的运动补偿算法，基于 PPG 信号提取数据

MAX-ECG-MONITOR提供用于监测临床级心电图和心率的评估和开发平台。它可用于临床应用的湿电极贴片，以及用于健身应用的胸带。该平台包括MAX30003超低功耗、临床级、集成生物电势 AFE，可提供 ECG 波形和心率检测。它的连续测量对于趋势或预测类型的应用非常有用。由于该平台的内置心率检测包括中断功能，无需在微控制器上运行心率算法，因此它可以在高运动环境中以极低的功耗进行稳健的 RR 检测。该平台通过几个关键特性支持较长的电池寿命：在 1.1V 电源电压下以 85µW 运行，以及允许微控制器仅在每次心跳时唤醒的可配置中断，以降低整体系统功耗。

总之，通过可穿戴设备提供准确的数据需要精确、节能和小型的基础技术。IC 供应商正在为设计人员提供资源，以创建智能手表、胸带、服装和其他可提供持续、实时的健康和健身洞察力以塑造其性能的可穿戴设备。

审核编辑：郭婷