运动健康类产品引领可穿戴设备市场发展
摘要：本文描述了可穿戴设备未来市场的发展趋势，通过对运动健康类产品的硬件构成和技术要点，讨论了包括电源管理、处理器、传感器和无线模块等几个市场的走势，从而呈现出这几个重要半导体市场的增长机会。本文网络版地址：http：//.cn/article/247454.htm
关键词：可穿戴设备；传感器；模拟前端；电源管理
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.5.001
自从2013年爆发以来，可穿戴设备市场不断受到整个电子行业的关注，各路人马纷纷加入到这个极具想象空间的领域。然而就目前已经在售的可穿戴设备产品而言，运动健康类产品将成为最先爆发的市场。
显然，这一趋势将在2014年得以继续，运动健康类可穿戴产品已经成为半导体厂商追逐的焦点，包括处理器、电源管理、无线模块和传感器类供应商，已经通过先进工艺和低功耗技术奠定了坚实的基础，同时自身也获得了新的市场增长空间。
可穿戴设备的定义是个笼统的概念，如果要为市面上的可穿戴设备进行分类，则可以帮助我们充分了解市场并抓机遇。
市场调研机构ABI公司将可穿戴设备的市场分为七大领域，分别是可穿戴照相机、智能服装、智能眼镜、医疗保健、运动与活动跟踪器、可穿戴3D运动跟踪器，以及兼容智能手机的手表。
以此为基准，过去的2013年已经上市的可穿戴设备中，运动健康类产品占据了大部分市场。名为埃森哲（Accenture）的咨询公司年初发表报告指出，虽然如今在市场上能够找到的可穿戴产品似乎多种多样，但销售额几乎全部来自一个产品类别：健身监测器，健身监测器在已销售的可穿戴产品中占据十分之九。
市场调研公司ABI的分析师Josh Flood表示：“运动与活动跟踪器是首批热销的产品，仅在2013年，就出货了三千两百万台设备。”耐克公司于2012年2月推出的用于检测耐克制定的运动量单位“Fuel”的手环型活动计量器+FuelBand，可以在无线连接的智能手机屏上显示记录的数值，取得了很好的市场表现。
ADI公司亚太区医疗行业市场经理王胜是上述观点的坚定支持者，他认为，随着移动医疗热潮兴起，穿戴式医疗电子无疑会成为未来的穿戴设备的热门行业。在医疗保健领域，穿戴式的应用产品已不再是停留在“被谈及”的层面，目前在例如体征信号检测类产品，运动类装备（如腕带，腕表，鞋类）以及其他消费产品等领域已经有越来越多的实际商用产品出现。例如，在手机或手机附件中集成此类功能，尤其是业内的主流手机厂商都在开发并已有面试产品，这必将带同相关技术及市场的快速发展，尤其是相关行业的巨头的加入以及相关产品的面世，必将加速这一进程。
据市场调研机构Gartner公司数据显示，应用于健身及个人保健的可穿戴式电子产品，其相关装置、App与服务市场到2016年可达到50亿美元的市场规模。运动健康类可穿戴设备主要包括活动监测、计步器、睡眠监测以及心率监测等，外形可以做成诸如手环、手带、腕表、服装鞋帽等。
作为健康管理的组成部分，健身数据的采集已经成为可穿戴功能的重要发展方向。耐克与苹果的合作，是该领域的先行者。两家公司推出的“Nike+ iPod”服务，让拥有Nike+运动鞋和iPod的用户能获得跑步锻炼时的数据。跑步时，通过运动鞋内传感器和iPod的无线连接，iPod会记录用户的运动日期、时间、距离、卡路里消耗值等数据。跑步结束后，用户可将iPod的数据同步到Nike+平台上，为自己建立一份健身档案。
而所有这些运动健康类的可穿戴设备能够引起消费者与众不同的消费体验，必须提供可量化的信息，从而给消费者直观的感受。
医学或健康产业所设计的穿戴式装置，大多内建高效的感应器架构，这类产品的功能诉求单纯，主要用于量测个人生理资讯，数值量测的要求上，则是必须非常精确，且装置要能够长时间使用，并可透过内建的GSM或Wi-Fi无线通讯，将身上的各种仪器串连起来，成为一个身体网路（Body Area Network；BAN），同时也可以将资料回传至医疗院所以利于后续追踪，如此进而达到居家照护、远距医疗的应用。
对于运动健康类可穿戴设备而言，一方面要求具备高性能处理的能力和无线连接功能，另一方面又要同时消耗更低有能量，因此免去频繁为设备补充电能正是提高用户体验的关键。
跌倒检测器是当今在老年人口中使用最广泛的器械之一，同时也是运动健康类可穿戴设备的典型应用。尽管这些器械并不能防止跌倒，但它们能够发出远程报警，提醒有关方发生了不良事件。对这些器械的要求是功耗低、尺寸小并具备连接功能。同时还必须能区分人的快速坐下和实际跌倒动作。电池必须具备较长的续航时间，因为更换电池可能需要看护人员或第三方人员到访，结果会增加穿戴者的成本。电池没电意味着监测器失去效用，会增加穿戴者的风险，跌倒检测器使用低g加速度计来检测和区分运动类型。
ADI公司亚太区医疗行业市场经理王胜表示，在健康类穿戴式设备中还是以MEMS加速度计为主，MEMS陀螺仪的功耗仍然偏大，无法满足穿戴式设备低功耗的要求。ADXL362是业内功耗最低的3轴MEMS加速度计，ADXL362在工作数据速率为100Hz时的功耗为1.8 μA，400 Hz时为3 μA，在运动激活的唤醒模式下时仅为270 nA，待机功耗为10 nA，可以使跌倒检测器的电池寿命延长数月至数年；，同时其内部的千字节FIFO可以大大节省处理器的中端唤醒频次，进而可以在系统级节省功耗提高效率，目前已经成为首选的感测部件。
传统上，健身管理使用心率监护装置实现，表现为跑步机上的胸带或把手。基于电极的心率监护方式仍然是记录心输出量的一种流行方式，但正在发生变化的是电极的构成方式。例如，新型纺织技术在编织织物时使用导电材料，从而使身体的较大面积均能拾取生物电信号。这样的变化，就要求穿戴式监测器需要具备高效的电源管理功能，从而实现低功耗、小尺寸和高性能三大特点。
ADI公司的Frederik Dostal工程师曾撰文指出，从电源管理的角度出发，所有这些系统都由于必要的便携性而对集成度的要求较高。 对于真正便携的产品而言，它们将采用电池供电，因此要求系统具有高电源效率。 在这类应用中，较低的功耗可延长设备的工作时间而无需充电或更换电池。 最后，成本也是个很重要的参数。 虽然在某些其它医疗保健应用中，电源管理解决方案的成本可能不是关键参数，但在家庭医疗保健中它十分重要。
ADI公司亚太区医疗行业市场经理王胜表示，该公司将持续在以上医疗保健功能及运动监测方案上大做文章，并持续解决和改进行业中的各类系统设计挑战，例如在运动监测方面，我们ADI将开发更小更低功耗的产品。生命体征信号的监测将是ADI在可穿戴的医疗保健市场上的重点关注方向，也会陆续推出创新性的产品和方案，解决上述的设计应用及市场挑战， 其中包括，信号链产品，微处理器，专门的电源管理方案及相关核心IP算法等。
以ADI公司的AD8232心率监护仪（HRM）模拟前端（AFE）为例，它可以有效地捕获生物电信号，同时还具有低功耗和低成本的优势。其主要特性包括导联脱落检测、快速恢复、右腿驱动，而且采用灵活的架构设计，可以配置外部滤波器以帮助减少运动伪像的影响。；光电测量脉率及血氧含量更是在可穿戴设备中作为极为重要的体征信号参数越来越多的被广泛采用，ADI作为体征信号传感器及模拟混合信号处理产品和方案的领导者，在与行业巨头成功合作的同时，也会逐步扩展至相关领域的各个角落，必将引领整个行业的在此类产品中的领先位置。除此以外，生理阻抗测量，如身体成分分析，GSR（皮肤电反应）等也同样会在可穿戴产品上受到青睐，ADI新近推出的全集成单片生理阻抗测量及多传感器采集的高级程度，高新能，小体积及低功耗产品ADuCM350， 非常适合此类应用。以上所以相关产品及应用ADI都有专门的技术团队提供全方位的支持。
作为高性能、低功耗和小型化特点的集合体，运动健康类可穿戴设备的开发目前正在成为工程师新的焦点。数字和模拟半导体厂商依靠创新的开发，正在努力为其准备满足需求的半导体器件，而向用户提供包括硬件与软件在内的整体解决方案正在成为新的竞争热点。