半導體技術的進步讓重量輕、尺寸小的可穿戴超低功耗電池供電嵌入式系統(tǒng)成為可能。這些系統(tǒng)通常具有功能強大的超低功耗微控制器，其連接一組非常復雜的傳感器，同時通過到外部系統(tǒng)的低功耗RF鏈路進行通信。功能強大的超低功耗微控制器、超低功耗模擬身體信號傳感器和創(chuàng)新型電源與電池管理電路相結(jié)合，共同推動了可穿戴醫(yī)療保健市場的發(fā)展。

可穿戴式醫(yī)療設備可以監(jiān)測身體信號多年，為醫(yī)師提供有用的健康診斷信息。同樣的監(jiān)測設備還被應用到了高性能運動應用中，幫助優(yōu)化身體機能。可穿戴身體信號監(jiān)控產(chǎn)品現(xiàn)在能夠以更低的價格為健康和機能優(yōu)化市場的用戶提供同類型的信息。

對于健康感測和監(jiān)測，一般在臨床環(huán)境下監(jiān)視的信號幾乎都可以通過可穿戴產(chǎn)品獲得。這些傳統(tǒng)信號包括：

脈搏/心率

血氧

壓力

心電圖（EKG/ECG）

體溫

紫外線（皮膚暴露）

圖1 可穿戴醫(yī)療保健監(jiān)視平臺框圖

這個系統(tǒng)由高性能、復雜集成電路實現(xiàn)。系統(tǒng)中IC的功率已經(jīng)得到優(yōu)化，可以采用小巧的輕質(zhì)可充電鋰離子電池或可更換的不可充電紐扣電池提供身體信號監(jiān)測功能。

雖然許多產(chǎn)品的主要特性是通過固件算法來實現(xiàn)的，但物理設計提供了一個平臺來承載這些特性。一旦平臺開發(fā)完成，它就可以重新用于各種不同的產(chǎn)品。

功率對于任何可穿戴醫(yī)療保健平臺而言都是一個非常重要的方面。這類產(chǎn)品必須小巧，而且不是侵入性的，因此必須采用非常小而輕便的電池。電池的可用電荷與平臺的功耗特性決定了產(chǎn)品的可用性。人們通常希望任何可穿戴產(chǎn)品至少可以工作一天才需要充電。采用不可充電電池的產(chǎn)品應該具有數(shù)月的電池壽命。

對于采用可充電電池的設備，電池管理系統(tǒng)必須包括1個電池充電器和1個電池電量計。電池管理系統(tǒng)必須允許設備邊充電邊工作。

由于電池是一個電壓輸出不斷下降的電壓源，因此電源系統(tǒng)必須能夠調(diào)節(jié)電池電壓。穩(wěn)壓器的效率必須很高，以便將電荷利用最大化，并且還必須提供設計所需數(shù)量的軌道?？沙潆婁囯姵氐目捎秒妷悍秶鸀?.2V~3.2V。大多數(shù)可穿戴產(chǎn)品都使用低于單節(jié)鋰電池最低電荷的主電源軌，所以可穿戴設計中的主軌來自于降壓穩(wěn)壓器。可穿戴產(chǎn)品中的某些功能需要的電壓電平可能高于單節(jié)電池提供的。為了提供這些電壓電平，電源管理功能必須至少含有1個升壓穩(wěn)壓器。所需電源軌的數(shù)目取決于設備的功能，但是為了實現(xiàn)最佳效率，它需要盡量減少所需電源軌道的數(shù)目。

為該應用選擇微控制器時，用電量和處理能力是最重要的決定因素。應該采用一種系統(tǒng)分區(qū)策略來決定哪些系統(tǒng)功能最好要集成到微控制器中，哪些則可以從外部處理。因為可穿戴健康設備對讀取身體信號，所以任何片上數(shù)據(jù)模擬電路的功能也要考慮在內(nèi)，方可確保它們能準確處理低級身體信號。

對于微控制器而言，提供2種通用低功耗策略：

一種微控制器中包含所需要的全部或大部分精密模擬電路；

另一種低成本微控制器不具備精密模擬功能。

如果選擇了成本較低的微控制器，精密信號轉(zhuǎn)換必須在外部信號處理鏈上進行，以數(shù)字方式將傳感器信號輸入到微控制器中。超小、高精度、低功耗模擬電路可用來支持該選項。

可穿戴應用最常用的微控制器采用針對低功耗進行了優(yōu)化的ARM架構(gòu)。根據(jù)器件處理要求的不同，處理器將介于16位到32位之間。處理器將整合多個功耗模式，系統(tǒng)軟件會具有可編程關斷和基于傳感器的喚醒功能。

許多傳感器可用于監(jiān)測可穿戴器件內(nèi)的身體信號。用于獲取身體信號的傳感器技術已問世多年，但直到最近才可以利用傳感器提供良好的信號，而無需消耗大量功率。

傳感器技術可用于測量：

血氧

心率

ECG/EKG

壓力

溫度

來自這些傳感器的電輸出非常小，在毫伏范圍內(nèi)。然而，許多這些常見傳感器已在單個封裝內(nèi)整合了放大和轉(zhuǎn)換電路，這樣它們就可以輸出更高級的模擬信號或者串行化數(shù)字信號。這些傳感器的接口電路專門用于超低功耗操作。

至于心電圖傳感器，這些基本上都是物理皮膚接觸，采集皮膚區(qū)域周圍極小的電場并將信號傳輸?shù)紼KG信號鏈上。低成本可穿戴心電圖僅限于2至3個接觸點，并且不提供有9至11個傳感器分散在身體各處并附于戰(zhàn)略點上、成本較高的專業(yè)ECG/EKG系統(tǒng)的分辨率。

現(xiàn)代可穿戴器件一般全都提供一個微型USB端口，用于海量數(shù)據(jù)傳輸、固件更新和電池充電。此外，許多可穿戴健康產(chǎn)品采用低功率無線收發(fā)器，以便在使用該設備的過程中實時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。無線傳輸允許數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁蟮娘@示屏或者遠程數(shù)據(jù)采集設備上。低功耗藍牙就是用于該目的的新興標準。此外，NFC（近場通信）提供范圍有限的無線連接，非常適合短內(nèi)容傳輸，如配置信息和記錄的數(shù)據(jù)檢索。

Maxim MAX66242安全RFID標簽可以驗證用戶身份，從而通過NFC只接受來自于已驗證源的通信。

可穿戴產(chǎn)品的用戶界面會根據(jù)所需功能的變化而變化。低功耗設計至關重要，所以顯示器尺寸要最小化。根據(jù)產(chǎn)品的不同，用戶界面將包括1個單行LCD顯示器與幾個控制按鈕。需要顯示更多信息的產(chǎn)品會具有1個低功耗TFT顯示器，很有可能包含觸摸屏功能。

由于處理能力已變得如此便宜而又功能強大，所以許多可穿戴器件最終可能會具有語音命令接口。

健康測量微控制器MAX32600

MAX32600微控制器基于工作頻率高達24MHz的行業(yè)標準ARM Cortex-M3 32位RISC CPU。它包含256KB閃存、32KB SRAM、1個2KB指令緩存和集成式高性能模擬外設。

MAX32600采用192焊球12mm&TImes;12mm CTBGA 120焊球7mm&TImes;7mm CTBGA和108焊球WLP封裝。

除了Maxim提供免費的工具，MAX32600還支持IAR的嵌入式Workbench。IAR嵌入式Workbench在1個IDE內(nèi)整合了1個編譯器、1個匯編程序、1個連接器和1個調(diào)試器。它簡便易用，提供了先進、高效率優(yōu)化功能，與硬件、RTOS產(chǎn)品和中間件高度集成。面向ARM的IAR嵌入式Workbench提供幾種版本，包括專門用于ARM Cortex-M內(nèi)核系列的產(chǎn)品套裝。