AV/AR头戴设备“拯救”智能硬件市场

前不久，2023年版《中国高血压防治指南》要点发布，其中可穿戴设备纳入推荐，作为一种全新的血压测量手段，与家庭血压测量等传统方式共同构筑起高血压筛查这一健康防线。来自权威官方的认可不仅是对智能穿戴技术稳定性和准确性发展的肯定，同时也是对当下整个可穿戴行业的一剂强心针。

要知道根据IDC发布《中国可穿戴设备市场月度销量跟踪报告》，2022年中国腕戴设备市场销量为4455万台，同比下降 13%。这对于近年来备受消费者青睐的可穿戴设备来说，算得上是暴跌了。可穿戴设备的市场份额一直集中在手环和手表上，功能也大多是聚焦在运动检测上，然而面临市场逐渐饱和以及用户需求的变化，可穿戴技术也在不断迭代升级，试图在其他应用寻找突破。此次智能可穿戴设备被纳入高血压防治指南的消息，无疑表明了新的应用场景将为智能硬件市场带来新的转机。

高精度、小尺寸、低功耗才是医疗级可穿戴“标配” 在医疗领域的可穿戴设备潮不是一天两天，不论是行业玩家还是消费者都一致认为医疗可穿戴设备必将是未来的消费宠儿，各大巨头都在通过收购或者是发布相关的医疗健康的可穿戴设备，积极布局医疗健康领域，进一步扩大医疗健康领域的市场份额。中研普华产业研究院发布的数据显示，可穿戴医疗设备市场规模预计将从162亿美元增长，2026年可穿戴医疗设备市场规模为301亿美元，从2021年到2026年间，可穿戴医疗设备市场将以13.2%的复合年增长率增长。

此前可穿戴设备的运动记录、健身指导等运动健康功能已经被普遍接受，例如常见的手环与手表产品，都具备测量心率、步频等指标的功能，但这些数据通常不能用于临床。如今已有越来越多的医疗级监测功能加入，例如对血压、血氧和心电图的测量，标志着可穿戴设备开始能够为医生临床诊疗提供可参考的数据来源。

为了满足医疗级应用，符合医疗级应用高精度、高可靠的指标要求，可穿戴设备的半导体解决方案提供商们也纷纷推出了对应的解决方案，为可穿戴技术在医疗领域的应用落地提供强大助力。以光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗推出的新型光电二极管TOPLED D5140 SFH 2202为例。与现有的标准光电二极管相比，这款光电二极管性能更加出众，对光谱绿色部分的可见光具有更高的灵敏度，同时线性度也更高。这些改进的特性可以显著降低环境光干扰造成的影响，使接收到的光信号质量更高，从而让智能手表、活动跟踪器及其他可穿戴设备能够更精确地测量心率和血氧饱和度（SpO2）。  

艾迈斯欧司朗的内部基准测试表明，凭借光电二极管芯片制造工艺技术的优化，TOPLED D5140 SFH 2202在红外光谱中的线性度比标准光电二极管高出30倍。此外，实验数据表明，在光电容积描记法（PPG）心率测量所用的绿光波长下，其灵敏度明显更高。PPG技术通过跟踪记录血管的光吸收峰值和谷值来测量心率。同时，通过在PPG系统中采用高线性度的TOPLED D5140 SFH 2202，可穿戴设备制造商能够让产品在环境光较强或快速变化的条件下，实现更高的SpO2测量精度。比如，一个典型的例子就是用户在建筑密集的市区跑步或骑车，穿过高楼大厦投下的阴影时的场景。

另一方面还要考虑到低功耗、续航力，可长时间工作，这也是临床级可穿戴设备应用的主要挑战之一。例如连续血糖监测以及心电图，系统需要定期自动监测并报告信息。这意味着设备需要保持开机，但在不进行测量或报告时，则需尽可能减少消耗。微控制器和微处理器能够执行这项任务，但二者往往功耗太高，即使在低功耗或休眠模式下也是如此。此外，还有一种周期性唤醒系统的解决方案，即使用实时时钟和负载开关。这种解决方案需要额外的集成电路，并且会降低可靠性。

图源：艾迈斯欧司朗

艾迈斯欧司朗的内部基准测试表明，凭借光电二极管芯片制造工艺技术的优化，TOPLED D5140 SFH 2202在红外光谱中的线性度比标准光电二极管高出30倍。此外，实验数据表明，在光电容积描记法（PPG）心率测量所用的绿光波长下，其灵敏度明显更高。PPG技术通过跟踪记录血管的光吸收峰值和谷值来测量心率。同时，通过在PPG系统中采用高线性度的TOPLED D5140 SFH 2202，可穿戴设备制造商能够让产品在环境光较强或快速变化的条件下，实现更高的SpO2测量精度。比如，一个典型的例子就是用户在建筑密集的市区跑步或骑车，穿过高楼大厦投下的阴影时的场景。

另一方面还要考虑到低功耗、续航力，可长时间工作，这也是临床级可穿戴设备应用的主要挑战之一。例如连续血糖监测以及心电图，系统需要定期自动监测并报告信息。这意味着设备需要保持开机，但在不进行测量或报告时，则需尽可能减少消耗。微控制器和微处理器能够执行这项任务，但二者往往功耗太高，即使在低功耗或休眠模式下也是如此。此外，还有一种周期性唤醒系统的解决方案，即使用实时时钟和负载开关。这种解决方案需要额外的集成电路，并且会降低可靠性。

图源:ADI

对此，深耕可穿戴领域的ADI推出了一个新颖的解决方案，即使用开关控制器在必要时唤醒系统微控制器，并尽量减少待机模式下的功耗。设有可编程休眠时间的开关控制器，具备超低功耗、无软件依赖性、尺寸小巧等优点。该解决方案基于MAX16164，一款具有可编程休眠时间的纳安级功耗开关控制器，可通过电阻或I2C总线进行编程。该器件在休眠状态下功耗为30nA，在关断模式下则仅为10nA。此外，MAX16164采用微型WLP和小型µDFN封装，以小尺寸实现可靠、节能的优势。

技术趋向成熟，AV/AR头戴设备“拯救”智能硬件市场

近来，ARVR行业也正处于发展的关键期，纵观2022年的应用市场可以看到，ARVR可穿戴设备不仅仅只应用在游戏、娱乐域，教育、娱乐、医疗、航天、工业、旅游等均有应用案例。例Rokid、谷东科技均在2022年推出了新款工业AR服镜，亮亮视野的AR字幕眼镜还能解决残障人士的沟通问题，HTC VIVE Flow可用于观影、艺术、游戏、教育等领域。

要知道此前AR设备由于其显示器和激光组件的尺寸和重量较大，早期版本在可穿戴性、外观和舒适性方面都存在问题。如何在缩小尺寸并减轻重量的同时，确保显示质量和效果不受影响，一直是智能眼镜设备供应商亟待解决的关键问题。对此，TDK（展位号：5.2D110）开发出超紧凑全彩激光模块（FCLM），主要面向AR眼镜场景。产品由TDK（展位号：5.2D110）、QD Laser及NTT共同研发，采用了平面光波电路(PLC)技术，配备了红、绿、蓝3种颜色的激光二极管，可以显示1620万种颜色，重量只有0.38克，尺寸为5.5毫米 x 10.8毫米 x 2.6毫米。

图源：TDK

据了解，TDK（展位号：5.2D110）利用新的平面波导技术，既不需使用透镜也不需使用反射镜，所以可以大幅减小模块尺寸。由光学电信技术公司NTT开发的平面波导技术可以通过平面路径（波导）合并RGB光，将该技术与TDK（展位号：5.2D110）的高精度制造技术相结合，可将模块的尺寸减小到常规空间光学模块尺寸的十分之一。这也使图像能够实现1620万种颜色的全彩显示，而高质量的图像将进一步提高AR体验的质量。

对于VR/AR设备来讲，除微显示技术外，对用户手势动作的检测与识别也相当重要。意法半导体（展位号：7.2B136）推出的惯性测量单元器件LSM6DSV16BX芯片上整合了6轴惯性测量单元和音频加速度计，前者能够跟踪头部及检测人体活动，后者通过骨传导技术可以检测频率范围超过1kHz的语音。

此外，LSM6DSV16X在IMU中集成了电荷变化（ST Qvar）检测通道，通过与身体接触的电极或非接触式感应（“雷达”）检测静电电荷的变化。具有ST Qvar功能的意法半导体（展位号：7.2B136）MEMS传感器支持触摸、长按和滑动等先进用户界面控制，确保人机交互无缝顺畅。

聚焦特殊场景，这样的可穿戴应用更具潜力

可穿戴设备在特殊场景下的应用同样备受关注。例如三星电子曾推出GEMS Hip外骨骼机器人可作为行动有障碍的人群的外骨骼，使用主动辅助算法改善这些人的步态和肌肉运动；德国企业“仿生学”公司近来研发的这款外骨骼可以像马甲一样穿在身上，每次搬运物体可为穿戴者抵消30公斤重量......

可穿戴外骨骼机器人是将机电一体化、生物力学、人体传感网络、步态分析和智能化等多领域科技融合而成的高技术产物，在军事、医疗等领域的应用已日趋成熟。由于机械外骨骼主要用于为人们提供机械帮助、增加肢体运动的力量与耐力，其控制系统和驱动系统必须非常精准才能避免使用者受伤。

在电机的驱动和精准控制方面，安森美的ecoSpin系列无刷直流电机控制器通过将控制和驱动功能整合在一个完整的系统级封装中，简化了用于暖通空调、机器人等应用中电机控制系统的开发。该系列中的ECS640A是一款三相BLDC电机控制器，可在高达600 V的高压下可靠地运行。小尺寸的ECS640A含可靠的栅极驱动器、Arm Cortex-M0+微控制器、三个检测放大器、三个升压二极管，并支持有传感器或无传感器电机控制架构。优化了功率级布局和降低噪声，从而重新定义了BLDC电机的控制性能。

尽管现阶段，许多可穿戴设备还只是智能手机的附庸，通讯、社交等功能依然需要以手机为基础。但在游戏娱乐、运动健康等领域，可穿戴设备却带来了智能手机所无法提供的体验。更可况，可穿戴设备的形式早已不再局限于耳戴、手环、头戴这三种固定的形式，更多形态的可穿戴设备也逐步出现在了人们的视线之内。

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慕尼黑上海电子展

慕尼黑上海电子展(electronica China)将于2023年7月11-13日在国家会展中心（上海）举办。展会汇聚国内外优质电子企业加入，打造从产品设计到应用落地的横跨产业上下游的专业展示平台。展示领域紧跟行业重点，并根据行业实时热点融入新的展示领域，涵盖新能源汽车、智能汽车、绿色能源、智能工厂、物联网+、智能可穿戴、工业互联网、无线通信、数据中心、智能家居等技术话题。

深受业界青睐的国际汽车电子、系统与解决方案主题馆(electronica Automotive China) 依然是2023 慕尼黑上海电子展的亮点板块。以“驱动未来出行”为主题，聚焦车联网、新能源汽车、自动驾驶、智能座舱、车载摄像头、通讯、测试、人机交互、传感器模组、雷达、动力电池、驱动与充电、电控系统等行业热点，从电子技术在汽车行业的应用出发，全方位打造从产业前瞻研发到应用终端的汽车电子行业全产业链技术展示平台。

编辑：黄飞