Maxim Integrated推出最新健康可穿戴传感器平台

根据IDG发布的《中国可穿戴设备市场季度跟踪报告》，2018年第一季度中国可穿戴设备市场出货量为1200万台，同比增长15.9%。虽然这个数字和前两年可穿戴市场最火爆时相比少了些锐气，但是没有人会怀疑这个领域蕴含的巨大潜力。

特别是在撇开发展初期的泡沫之后，可穿戴市场这正逐渐向着更加细分的垂直领域渗透，健康医疗可穿戴就是一个重要的方向。有数据数据显示，全球穿戴医疗设备市场规模方面将从2016年的53.1亿美元，增加至2021年的121.4亿美元，年复合增长率为18.0%。

不过，对于置身于可穿戴健康医疗设备研发的开发者来说，其注定会面临一个挑战——专业的垂直市场更加碎片化，很难形成一个类似通用智能手表、运动手环那样的爆款单品，如何能够摊薄前期的研发费用，规避风险，是一个必须考量的问题。

想要解决这一问题，一个可行的方法就是“平台化”，即使用一个统一的开发平台去适应一类应用的开发需要，这个开发平台既需要有广泛的功能覆盖，还要有前瞻的可扩展性。

今天我们给大家介绍的，就是这样一款开发平台——Maxim Integrated推出的MAXREFDES101#健康可穿戴传感器平台。

图1，Maxim推出的MAXREFDES101#健康可穿戴传感器平台（图片来源：Maxim Integrated）

MAXREFDES101#是之前Maxim推出的健康传感器平台MAXREFDES100#的升级版，各方面的功能表现更为完善。该开发平台以一个腕表的形式呈现（如图1），内含多种生物体征传感器以及运动传感器，加上主控微控制器、电源管理器件就构成了一个完整的健康可穿戴系统。同时它可通过Bluetooth将算法输出和原始数据传输到Android app或PC GUI中，用于演示、评估和定制开发，为开发者提供了一个功能完整的开发平台。

图2，MAXREFDES101#健康可穿戴传感器系统框图（图片来源：Maxim Integrated）

从MAXREFDES101#开发平台的系统框图中（图2）可以看到，平台硬件架构分为两部分：控制器电路板和传感器电路板。

控制器电路板

左边的控制器电路板，主要负责系统主控、电源管理以及无线数据通信的功能。在其中Maxim贡献了两个关键的器件：

MAX32630微控制器：该MCU属于Maxim的DARWIN低功耗微控制器家族中的一员，内置Arm Cortex-M4 FPU CPU内核，并具有灵活的电源模式、智能外设管理单元(PMU)、动态时钟门控和固件控制功率门控等低功耗特性。器件中SPI、UART、I2C、1-Wire、USB等接口也一应俱全，还提供硬件AES引擎。可以说，这款MCU在满足可穿戴低功耗特性的同时，完全能够胜任必要的计算和控制工作。

MAX20303电源管理IC：这是一个高度集成、可编程电源管理方案，专门用于超低功耗可穿戴应用。它内置了一组灵活的电源优化电压调节器——包括多个降压、升压、升/降压和线性调节器——每个调节器的静态电流典型值仅为1µA，低功耗表现十分出色。该器件中还集成了完备的电池管理功能；包括三个用于指示或背光照明的集成LED电流驱动器；带有自动谐振跟踪的ERM/LRA驱动器提供精良的触觉反馈……所以只需这样一颗芯片，就可以完成可穿戴主流应用所需的电源管理任务。

此外，主控板上还集成了BOCSH的6轴加速度计和陀螺仪和气压传感器，以及Cypress的BLE低功耗蓝牙通信模块。与上述的微控制器和电源管理单元整合在一起，基本上形成了一个完整的主控+运动监测系统。

图3，MAXREFDES101#中的微控制器电路板（图片来源：Maxim Integrated）

传感器电路板

MAXREFDES101#系统框图右边的是传感器电路板，健康相关的生物特征感测工作就是在此完成。电路板上几个核心的传感器包括：

ECG传感器：Maxim开发的MAX30001是用于可穿戴设备、包括生物电势和生物电阻抗 (BioZ) 的模拟前端 (AFE) 方案。该器件具有一个单路生物电势通道，提供心电图 (ECG) 波形、心率和起搏信号沿检测；另一个单路生物电阻抗通道能够测量呼吸。MAX30001出色的性能使其非常适合医疗临床和健身等高性能应用，而其超低功耗的表现，也让电池供电的可穿戴设备使用起来毫无压力。

体温传感器：MAX30205温度传感器同样来自Maxim，它利用高分辨率、Σ-Δ、模/数转换器 (ADC) 将温度测量值转换为数字形式，精度满足ASTM E1112的临床测温仪技术规范。MAX30205的2.7V至3.3V供电电压、600µA低供电电流、锁定保护I2C兼容接口等特性，也使其很适合应有在可穿戴健身和医疗应用中。

PPG传感器：PPG是利用光电容积描记技术进行人体运动心率的检测的方法，属于红外无损检测技术，在生物医学中应用广泛。Maxim的MAX86140为PPG检测提供了超低功耗、高集成、使用简单灵活的光学数据采集系统。在发送器侧，MAX86140有3个可编程高电流LED驱动器，并可配置为驱动6个LED；在接收器侧，MAX86140有一个低噪声信号调理模拟前端(AFE)。该器件具有领先的环境光抑制能力，适用于较宽范围的各种光检测应用。

值得一提的是，MAX86140感测到的信号并非直接传输给微控制器电路板上的主控MCU，而是传递个一个传感器中枢器件MAX32664做处理，该传感器中枢内置算法，可对来自MAX86140的数据进行处理，而无需主控MCU的参与，这样就可以确保将整个系统功耗都控制在较低的水平，这也是可穿戴产品一个常用的低功耗策略。

图4，MAXREFDES101#中的传感器电路板（图片来源：Maxim Integrated）

可以看到，MAXREFDES101#这样一个平台，既可以帮助开发者评估相关可穿戴芯片方案的性能，也可以加速其可穿戴产品概念的验证过程，可以大大简化健身、健康和医疗临床可穿戴产品的开发流程。有了这样的硬件平台，再辅以配套的软件开发平台，就可以构成一个完整的开发平台体系，让开发者获得事半功倍的体验。

图5，MAXREFDES101#方案剖视图（图片来源：Maxim Integrated）