解構ADI新一代VSM芯片,看“4合1”的AFE如何重新定義可穿戴監測標準

“炸雞配參茶，精釀加枸杞，熬夜敷面膜，蹦迪戴護膝……”作為當代年輕人朋克養生的現狀，調侃是真的，惜命也是真的。在放肆與克制之間反復橫跳，高壓社會(huì )下的年輕人們沒(méi)能避免失眠、肥胖、暴躁等逐漸帶來(lái)的“疑難雜癥”，倒是讓大眾對大健康的關(guān)注度提升到了前所未有的高度。再有我國素來(lái)養生觀(guān)念的加成下，無(wú)論是生活方式、情緒健康、甚至細化到某一具體的小毛病，人們都渴望找到與之對應的解決方式，精準監護與科技養生成為了大健康的“主旋律”，同樣也錨定了作為其關(guān)鍵載體的智能可穿戴設備的未來(lái)發(fā)展方向。

“目前，可穿戴設備為了更好地支持各項生命體征監測，實(shí)現最大程度的人群覆蓋度和準確度，正在向更高性能的方向發(fā)起沖擊?！?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/ADI">ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部高級市場(chǎng)應用經(jīng)理何源在最近的一次采訪(fǎng)中如此表示，并且ADI最新發(fā)布的可穿戴健康領(lǐng)域的產(chǎn)品——多合一的健康傳感器模擬前端芯片ADPD7000就很好地為他的觀(guān)點(diǎn)做了背書(shū)。作為VSM的最新款產(chǎn)品，ADPD7000系列專(zhuān)為測量各種生命體征信號而設計，適用于可穿戴式VSM設備。在上一代的基礎上，ADPD7000新增皮膚電活動(dòng)(GSR)測量功能，再集光電體積脈搏波(PPG)、心電圖(ECG)、身體阻抗分析(BIA)四合一，實(shí)現了更準確的血氧、心率、心電、體脂甚至是情緒反應等人體生理特征指標的監測。

慢病年輕化下的健康焦慮，可穿戴撕去“雞肋”標簽走向剛需

“30歲的人，60歲的病”正在部分成為社會(huì )現實(shí)。有數據顯示，目前我國慢病人群數量已超4億人，而15歲以上人群發(fā)病率超34%，尤其是糖尿病、高血壓、心臟病......這些曾經(jīng)的“老年病”，越來(lái)越頻繁地發(fā)生在年輕人身上?！坝捎诖蟛糠致圆』蚨嗷蛏俣加幸恍┌Y狀會(huì )提前顯現，我們最好能對這些亞健康狀態(tài)進(jìn)行監測，提早發(fā)現，及時(shí)治療，這也是可穿戴醫療設備存在的意義?！焙卧幢硎?。

憑借實(shí)時(shí)監測提前亞健康預警，在如今養生年輕化和社會(huì )老齡化的階段，可穿戴醫療設備市場(chǎng)規模不斷擴大。根據睿略市場(chǎng)調研的數據顯示，2022年全球可穿戴醫療設備市場(chǎng)規模達774.83億元，預計到2028年將達到1871.3億元，年均復合增長(cháng)率預估為16.09%。然而，可穿戴設備性能良莠不齊，其測量精度一直被業(yè)界所詬病“助力不成，反而引發(fā)數據焦慮”。直到最近兩年，一些可穿戴產(chǎn)品陸續獲批為二類(lèi)器械，消費者逐漸開(kāi)始改變認知——可穿戴設備發(fā)展方向有望為用戶(hù)提供醫療參考性。

在該過(guò)程中存在不小的挑戰，例如相較院內測量的理想環(huán)境，可穿戴設備還需考慮諸多額外因素，例如外觀(guān)設計以及與人體的接觸面積、位置和材料等限制。此外，用戶(hù)的膚色和毛發(fā)差異、環(huán)境也會(huì )對測量結果產(chǎn)生影響，其中典型就是心率、血氧等測量時(shí)對光信號的捕捉，膚色太黑導致反射光太微弱、體毛太長(cháng)導致“動(dòng)態(tài)噪聲”等等，甚至傷疤、紋身等因素都會(huì )對監測造成挑戰。

“可穿戴設備必須要能與我們所處的環(huán)境與身體狀態(tài)保持協(xié)調?！焙卧粗赋?，“即使環(huán)境惡劣，我們都有辦法去達成醫療級甚至更高的性能。當然，客戶(hù)要打造最終的產(chǎn)品，就不僅僅需要滿(mǎn)足性能要求，還必須在尺寸、功耗和成本等很多其他維度上做平衡取舍?！?/p>

“醫療級只是及格線(xiàn)”，極限設計思維下的方案功能與性能的突破之路

事實(shí)上，可穿戴產(chǎn)品在硬件設計上的要求通常比醫療設備還要高，例如動(dòng)態(tài)范圍更大，要在電極面積很小、跟院內監測環(huán)境沒(méi)法比的情況下保持監測精準，這就要求可穿戴設備里很多電路要有很精妙的設計。為了實(shí)現更高效的光電路徑配合，ADPD7000支持的通道數比上一代ADPD6000的LED通道數多了一倍，更多的LED意味著(zhù)更多的測試點(diǎn)，提升數據的準確度。另一方面，多LED意味著(zhù)可接收多個(gè)波長(cháng)，能夠提供更全面的測量功能。據何源透露：“未來(lái)該產(chǎn)品系列支持的通道數會(huì )更多，但目前的8路在性?xún)r(jià)比和功能性上擁有非常好的平衡?！?/p>

此外，ADPD7000還將輸入阻抗提升到20G歐，意味著(zhù)ADPD7000有了更高的動(dòng)態(tài)范圍，即使在遇到低溫、干皮膚等極端監測環(huán)境時(shí)腕上覆蓋度和準確度都可以顯著(zhù)加強?！案善つw的情況下，很容易測量不到ECG，這也是為什么在醫院測ECG要用很大的電極涂抹導電膏。但這對可穿戴設備是很難實(shí)現的，所以從這個(gè)角度看，可穿戴的設計要求比對醫療設備的要求還要高?！焙卧唇忉尩?。

皮膚的干燥程度同時(shí)也會(huì )影響在BIA（生物電阻抗分析）時(shí)兩對測試線(xiàn)的輸入阻抗不均衡，不均衡則會(huì )帶來(lái)誤差。為了克服這個(gè)問(wèn)題，ADPD7000系列通過(guò)精妙的軟硬件配合，將其寄生和非對稱(chēng)影響有效降低，以得到更準確的測量結果。在可穿戴設備上，這一點(diǎn)是非常有競爭力的。

“當市場(chǎng)同質(zhì)化很?chē)乐氐臅r(shí)候，真正能給用戶(hù)帶來(lái)價(jià)值的產(chǎn)品是可貴的。但市場(chǎng)趨勢一定是要往有價(jià)值的方向去走，所以更高的性能、更多功能的有效集成必然是有價(jià)值的?！泵鎸π袠I(yè)挑戰，何源表示ADI在設計很多方案的時(shí)候都有考慮到極端情況，并在最大程度上實(shí)現性能的保障。

GSR挑戰主觀(guān)情緒可靠監測，從萬(wàn)元專(zhuān)業(yè)設備到可穿戴普及即將成真

正如叔本華所說(shuō)，人的思維意識是最大的監獄。慢病年輕化的因素有很多，但情緒壓力一定是主因之一。世衛組織也曾調查顯示，包含心肌炎和冠心病大概有200多種疾病的背后都有不良情緒的因素?！皦毫偸前殡S著(zhù)焦慮甚至發(fā)展為抑郁，而當它找上你時(shí)，整個(gè)過(guò)程都可能無(wú)聲無(wú)息?！焙卧刺貏e提到，“這樣的情緒波動(dòng)和壓力變化如何能通過(guò)可穿戴設備持續地捕捉到，對此ADPD7000新增了一項GSR（皮膚電反應）功能?！?/p>

事實(shí)上，GSR并非新技術(shù)，早在多年前就應用在了測謊儀上。作為一種生物反饋方式，GSR可以檢測人體的情緒變化，反映人在身心上的反應。其檢測的原理是當人體受到外界刺激時(shí)，皮膚會(huì )產(chǎn)生電位變化，這種電位變化被稱(chēng)為皮膚電反應，也被稱(chēng)為皮膚電活性（EDA），或者皮膚電導（SC）。當人體的情緒發(fā)生變化時(shí)，可以通過(guò)觀(guān)察GSR數據來(lái)統計量化。結合目前高壓環(huán)境下越來(lái)越多人由于情緒導致的心理健康問(wèn)題，該功能在可穿戴設備上的監測實(shí)現是讓人期待的。據何源介紹，ADPD7000的GSR測量通道復用了ECG和BIA的電路，可以與心率、心率變異性等數據進(jìn)行結合分析，利用傳感器融合技術(shù)，實(shí)現對用戶(hù)的精神狀態(tài)實(shí)現更精細化的評價(jià)。

不同于有客觀(guān)標準的體脂和心率測量，情緒和壓力類(lèi)主觀(guān)意識上的測量指標更具挑戰性，ADPD7000如何在方寸的可穿戴產(chǎn)品上實(shí)現準確監測？“首先，該類(lèi)測試已經(jīng)有長(cháng)時(shí)間的積累并且具備成體系的標準，在很多專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域已有應用，ADI一直有參與其中；其次，ADI在該領(lǐng)域處于技術(shù)前沿，甚至在可穿戴設備上，有些指標可做到接近上萬(wàn)元專(zhuān)業(yè)設備的水平?！焙卧磸娬{，“相較于之前的產(chǎn)品，ADPD7000的GSR具有更高的動(dòng)態(tài)范圍、測量范圍和精度。此外，在測量信號不好時(shí)能夠自動(dòng)切換激勵頻率和幅度，這更是一項非常亮眼的創(chuàng )新功能?！背丝纱┐鲬?，基于A(yíng)DPD7000的GSR在駕駛艙駕駛者狀態(tài)監測功能的應用也已經(jīng)獲得開(kāi)發(fā)支持，在前不久的慕尼黑上海電子展上就獲得業(yè)界廠(chǎng)商的關(guān)注。

另一方面，續航和成本是可穿戴領(lǐng)域最受關(guān)注的問(wèn)題，ADI在電源和芯片技術(shù)上提供極高的能量利用率一直是其可穿戴方案競爭力的關(guān)鍵點(diǎn)之一。此次ADPD7000將GSR與PPG、ECG和BIA結合組成四合一模擬前端，無(wú)疑是對其低功耗技術(shù)的極致挑戰?！癆DPD7000的超高信噪比使得只需要很微弱的光就能實(shí)現監測，同時(shí)新增的GSR也是超低功耗，可以做到持續檢測且基本不影響電池續航?！焙卧唇榻B道，“此外，PPG中200mV的順從電壓（Compliance Voltage），也會(huì )節省系統電源設計，簡(jiǎn)化客戶(hù)的系統設計，并節省BOM成本?！?/p>

全棧系統方案背后，是本土化策略實(shí)現的全球化優(yōu)勢

深度的本土化戰略使ADI中國能夠敏捷地響應本地市場(chǎng)的創(chuàng )新需求，更好地融入本地產(chǎn)業(yè)生態(tài)，同時(shí)兼顧全球市場(chǎng)。在何源的分享中，ADPD7000由本土團隊打造的特質(zhì)被他多次強調，這背后是ADI的“in China for China”核心戰略：“像ADPD7000這樣的VSM生命體征監測方案，我更喜歡在前面加個(gè)C，即CVSM——這是ADI中國產(chǎn)品事業(yè)部更定向給中國客戶(hù)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品?！贝送?，ADI與生態(tài)合作伙伴的關(guān)系也遠遠不是賣(mài)貨這么簡(jiǎn)單，ADI提供的是一套全棧式方案，包括行業(yè)資源、海內外資源的對接等。據悉，目前ADI的合作伙伴已經(jīng)基于該系列芯片，在無(wú)創(chuàng )測量血壓、更精準的情緒/抑郁/壓力/疲勞度監測等方面實(shí)現了突破。

像ADPD7000這樣的系統級方案，除了芯片外還提供了很多額外服務(wù)，遠遠超出了芯片本身，比如光學(xué)結構的設計、軟硬件設計，包括算法、系統集成等等?！癆DPD7000自研芯片搭配自研算法，也是本土設計的優(yōu)勢。在心率、血氧、心率變異性、離腕檢測、房顫、睡眠、體內含水量、血紅蛋白含量等領(lǐng)域ADI都有自研算法，這些實(shí)戰應用也都體現了ADI硬件結合算法的優(yōu)勢?！焙卧磁e例道。

“我們對客戶(hù)，也有很龐大的支持體系，本地產(chǎn)品線(xiàn)、系統團隊、銷(xiāo)售和FAE之外，有行業(yè)上豐富的合作伙伴，能夠對客戶(hù)實(shí)現全方位的支持?！焙卧磸娬{道。而作為業(yè)界優(yōu)質(zhì)的方案提供商，近年來(lái)ADI不斷深化本地戰略，為了更好地服務(wù)于本土客戶(hù)，成立了中國產(chǎn)品事業(yè)部，全鏈條本土化芯片定義、設計、制造、封裝、測試，具備領(lǐng)先技術(shù)、豐富資源、24小時(shí)服務(wù)響應和本地供應鏈等多重優(yōu)勢，助力廠(chǎng)家打造差異化的產(chǎn)品，用實(shí)際行動(dòng)幫客戶(hù)實(shí)現快速的量產(chǎn)落地。