穿戴式保健产品的可靠性

可穿戴保健产品的应用已从运动跟踪扩展到对血氧水平，血糖水平和体温的连续监测。超低功耗模拟人体传感器，数字微控制器以及创新的电源和电池管理电路的发展，都在推动可穿戴设备的增长。
在临床环境中，可穿戴产品可以高精度和低价格采集和监视几乎所有人体信号。根据市场研究公司IHS的分析，2019年全球可穿戴产品的出货量超过2亿，六年中翻了一番。
但是，在将可穿戴设备嵌入到更多人的日常生活中之前，必须解决许多与可靠性和准确性有关的问题。这些读数必须高度可靠，因为读数可用于调整生活方式或作为疾病的预警信号。
因此，设计的生物传感器必须能够克服恶劣环境，汗水，运动和环境光等因素带来的测量挑战。出色的连接性任何可穿戴设备的关键要求是连接性。
无缝无线连接已成为当今可穿戴设备的必备工具之一。无线传输允许将数据传输到更大的显示屏或远程数据收集设备。
低功耗蓝牙（BLE）是一种适用于此目的的新兴标准。此外，近场通信（NFC）提供了有限范围的无线连接，非常适合短内容传输，例如配置信息和记录的数据检索。
例如，在开发产品（例如新的健身手环）时，工程师需要考虑需要传输多少数据，传输频率和传输范围。如果需要传输的数据量达到兆字节，则设计人员可以考虑使用传统的蓝牙或Wi-Fi。
范围是另一个决定因素。 BLE通常可以在30米的视线内通信。
此外，使用场景因素也会产生影响，例如设备是否与智能手机通信以将数据转发到云以进行分析。能够承受测试许多可穿戴系统设计用于在运动和其他高强度活动中佩戴。
耐久性是相对的；救生设备与骑自行车者所佩戴的运动监控设备有不同的要求。真实条件下的可靠性意味着能够应付通常不需要放置电子设备的环境。
这些组件包括用于多参数监控的低功耗模拟前端（AFE）解决方案和嵌入式模拟组件，例如运算放大器，电流检测放大器，滤波器，数据转换器等，所有这些组件均将真实信号连接至Required数字系统。特别地，身体传感器的电输出幅度非常低，以毫伏和微伏为单位测量。
这样，许多适用于可穿戴健康应用的传感器在单个芯片或封装中与放大和转换电路相结合，以输出更高级别的模拟信号或串行数字信号。示例：处理闪烁问题光电容积描记法（PPG）是一种简单且廉价的光学测量方法，通常用于心率监测和脉搏血氧饱和度（一种用于测量血液中氧气水平的测试）读数。
PPG是一种非侵入性技术，在皮肤表面使用光源和光电探测器来测量血液循环的体积变化。不幸的是，光学传感器在使用过程中也会接收环境光。
由于室内照明通常包含闪烁，因此可能会干扰PPG信号，因此特别麻烦。根据全球区域差异，室内灯光可能会以50 Hz或60 Hz的基本频率闪烁。
该频率接近PPG信号的采样频率。如果不进行校正，则环境闪烁会为每个样本产生不同的偏差。
图1：可穿戴PPG电路的主要任务是在节省功耗的同时获得最大信噪比（SNR）（来源：Maxim）。为了抵消这些影响，当前的高级PPGIC使用智能信号路径技术。
算法也变得越来越复杂。因此，设计人员现在可以使用各种形式的PPG，包括耳塞，戒指，项链，头带和臂章，手镯，手表和智能手机。
无论哪种方式，可穿戴传感器都必须能够可靠地工作，同时克服常见噪声和误差源的影响。 PPG传感器的环境噪声通常分为两类：光学噪声和生理噪声。
光学噪声意味着传感器监视的光学路径变化特性与观察到的血容量无关。