如何在一枚戒指里，实现多种健康监测功能？

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）在2024年，可穿戴市场上有多个新产品类别异军突起，比如智能戒指就受到多家消费电子巨头的关注，开始推出智能戒指产品。IDC的数据显示，2024年全球智能戒指市场增长率高达88.4%，要远远高于可穿戴设备整体6.1%的增速。

智能戒指的功能与目前常见的运动手环类似，一般能够实现心率、血氧、体温监测等能力，同时从市面上的智能戒指产品来看，睡眠状态跟踪也是一种较为核心的功能，在睡眠过程中定期读取多个传感器的数据，通过算法对睡眠状态进行分析。

但相比于运动手环，智能戒指的体积就要小太多了，那么智能戒指是如何将这些功能集成到一个小小的戒指中？

主流智能戒指结构

从市面上主流的智能戒指产品中可以了解到，智能戒指一般由外环和内环两部分组成。外环一般采用金属材料，为了降低重量，不少产品会使用钛合金材料作为外环，并加上碳化钨涂层使得日常使用中更加耐磨损。

智能戒指/电子发烧友网摄

内环则是集成了所有的元器件，因为要与皮肤直接接触，所以一般会使用透明的医用级低过敏环氧树脂，在降低皮肤过敏概率的同时，还能作为一些传感器进行监测的窗口。同时环氧树脂的特性便于在制造过程中成型，并且将元器件密封在戒指内外环之间，提供了良好的防水能力。

而智能戒指内部的元器件，都集成在柔性PCB上。目前主流的智能戒指会集成PPG（Photoplethysmogram，光学体积描记术）传感器、非接触式温度传感器、六轴运动传感器、蓝牙SoC主控和蓝牙天线等器件，实现对人体实时的健康监测，并将数据传输到手机端。

小尺寸下如何实现高精度体温监测？

在早期的智能穿戴健康设备中，体温监测功能并不常见，但随着技术的成熟以及成本的降低，加上COVID-19疫情的暴发，大大推动了体温监测功能在智能穿戴设备中的应用。自2019年开始，主流的智能手环、智能手表等产品开始陆续新增了体温监测功能。

要在智能穿戴设备中实现体温监测，可以选择接触式或非接触式的温度传感器，在这次拆解的这款智能戒指上，使用了非接触式温度传感器。非接触式温度传感器在智能穿戴设备上应用，由于不需要直接接触皮肤，佩戴体验较好；测量结果也更稳定，不受皮肤表面条件直接影响。

非接触式温度传感器一般是采用集成MEMS热电堆技术，能够将热能转换为电信号。它的工作原理是，由于一切高于绝对零度的物体都会源源不断向外发射热远红外（FIR）辐射，辐射强度与物体温度密切相关，通过辐射强度就可以计算出温度值。

从内部结构上看，一个热电堆是由多个串联的热电偶组成，热电偶是采用热电效应来进行温度测量的一种感温元件。热电效应是指当两种不同的材料连接在一起并放在不同温度环境中时，在连接点处会出现电压（电动势），并与两端的温差成一个比例。所以可以利用电信号去反推出温差，结合用于温度参考的热敏电阻，即可计算物体的温度绝对值。

为了降低PCB上其他元件发热对检测结果造成的影响，非接触式温度传感器以往是采用TO封装，将传感器放置在一个金属罐内来解决这一问题。

但对于智能戒指这种超小型智能穿戴设备而言，内部空间无法容纳TO封装的体积。因此我们可以看到，市面上主要的智能戒指产品已经选择了迈来芯MLX90632（医疗级）作为其温度传感器。

MLX90632满足智能戒指体温监测需求

MLX90632是一款数字红外温度传感器，采用3mm x 3mm x 1mm DFN 封装，尺寸极小，易于集成到各种可穿戴设备中。在小体积之外，MLX90632更提供极高的测量精度，在消费级版本上，测量物体温度为-20°C至200°C，精度±1°C；在医疗级版本上，测量物体温度为-20°C 至 100°C，人体温度测量精度高达±0.2°C。

但前面也提到，红外温度传感器的小型化会遇到一些问题，包括来自PCB上其他热源的干扰等，那么MLX90632是如何解决这些问题的？迈来芯通过对多种场景进行建模和表征，并将这些数据运用于复杂的热梯度主动补偿算法中，同时在出厂前进行校准，将校准常数存储在EEPROM中，基于测量值、校准常数以及板载补偿算法，最终实现大幅减弱热冲击对小型红外温度传感器造成的影响。

与此同时，在实际应用中，在智能戒指有限的电池容量下，要实现长达一周的续航，并且要进行连续的健康监测，这需要传感器有足够低的运行和睡眠功耗。MLX90632在供电电压3.3V下，工作电流仅1mA，睡眠电流小于2.5μA。

MLX90632红外温度传感器 IC 的框图 来源：Melexis

所以在智能戒指上，对皮肤温度的测量整体流程是：从MEMS热电堆和用于温度参考的热敏电阻中获得的电压信号，通过多路复用器，经过放大、模数转换和数字过滤，存储在板载RAM上；蓝牙SoC可以通过 I2C 通信接口获取RAM上存储的测量数据，以及EEPROM上存储的调整值、校准常数等数据，通过内置CPU计算出皮肤温度。

小结：

智能戒指由于其更小的体积，更舒适的佩戴体验，令其成为用于睡眠监测的最佳设备之一，体温在睡眠监测中也是极为重要的指标。得益于技术的发展，像MLX90632这样的红外温度传感器的体积已经可以被轻松集成到戒指内，因此我们可以发现目前市面上的智能戒指几乎都标配了体温监测功能。借助更小尺寸的传感器，未来可穿戴设备能否带来更多创新，值得我们期待。