医疗健康芯片本土化设计突破，ADI用高精度重新定义可穿戴

可穿戴健康设备在近年来得到了高度关注。其突破了院内院外的空间掣肘，可以实现实时连续的数据采集监测，并在临床中得到充分验证。不过，仍然有不少人对可穿戴设备的可靠性存有疑虑。

相比传统院内大型设备检测，可穿戴健康设备的工作环境具有更多不确定性，面临更大的挑战。同时，为了满足可穿戴设备对便携性和功耗等指标的苛刻要求，可穿戴设备的部件往往需要在性能和指标上做出牺牲。如何满足这两种彼此对立的需求，有赖于核心技术的进步。

不久前，半导体巨头亚德诺（ADI）推出了全新的多模式生命体征监测传感器前端解决方案ADPD6000系列芯片，宣布将以高精度数据来改写可穿戴行业。更为值得一提的是，这也是首款完全由ADI中国本土团队独立定义并设计完成的可穿戴解决方案。

可穿戴健康设备是否获得认可，数据精准是根本

我们正进入以数据驱动医疗健康的时代，作为主要数据接口之一的可穿戴设备正越来越受到重视。可以这么形容，医疗健康涉及的范围有多大，可穿戴设备在其中的想象空间就有多大。不过，这一切的前提是建立在可穿戴设备需要采集到真正有用的精准数据。

在可穿戴设备兴起之初，就出现过这种情况，直接使得可穿戴设备刚刚兴起的热度几乎腰斩。一个原因便是当时的可穿戴设备功能太过单一，只能实现步数测量等简单功能，用户粘性很低。同时，可穿戴设备看似收集了很多数据，但这些数据对于医学应用来说价值不大。

究其根源，可穿戴设备的核心技术在当时没有重大进展是一个主要原因。尽管在远景规划上有着广阔的前景，但当时的解决方案显然还并没有准备好，仍然需要时间。

另外一方面，可穿戴设备采集的数据精准性也一直存在诸多不足。“差之毫厘谬以千里”——对于临床应用来说，数据的精准度是尤为重要的。然而，测量的精准度往往也是最为困难的，受到多种因素的影响。

多年专注可穿戴医疗健康市场的ADI中国产品事业部高级市场应用经理何源表示，提高可穿戴设备的测量精度是一件非常有挑战性的工作：“因为可穿戴设备需要考虑外观设计，接触人体的面积小且位置也未必理想，材料也受限制。此外，其他因素包括用户的肤色和毛发差异、环境是干燥还是潮湿、户外还是室内这些都会对测量结果有影响。这些跟医院里很稳定的环境是完全不一样的。”

ADI中国产品事业部高级市场应用经理何源

提高测量精度说起来容易，做起来却是另外一回事。以体温测量为例，除了最为传统的水银体温计，目前主流的测温设备还包括接触式电子体温计、额温枪和耳温枪等。不过，不同设备之间的误差之大，在任意产品的电商评论上就不难看出吐槽者众。

看似最简单的体温测量尚且如此，可穿戴设备要获取准确、有效的可靠数据就更加困难了。可穿戴设备需要在极为有限的空间内集成多种功能组件，并满足有限电量下的使用。这对可穿戴设备的元器件设计及其测量精度、功耗及抗干扰能力等指标提出了极高的要求。

同时，虽然可穿戴设备的便携性为用户带来了方便，但对于数据测量来说不可避免会遇到环境复杂、操作不稳定、接触不牢等种种阻碍。以心电监测为例，院内可以通过在测量时涂抹导电膏作为补偿机制，但这在可穿戴设备上显然是行不通的，只能通过硬件设计和算法予以补偿。

因此，提高可穿戴设备的测量精度，可以从硬件和软件两个方面入手，即数据测量的精确度以及算法的有效性。这是一个系统性的工程，需要相当的技术实力方能实现。

多功能+高精度+广应用，ADI可穿戴芯片这样改变可穿戴

何源表示，ADPD6000在产品功能和数据精度上做了诸多优化，以覆盖更多更极端的场景。

ADPD6000在一颗芯片上集成了PPG（光电容积脉搏波描记法）、ECG（心电图测量）和BIA（生物电阻抗分析）三种技术，可对心率、血氧饱和度、心电图、体脂率、基础代谢等指标进行测量。

ADI多模式生命体征监测传感器前端解决方案ADPD6000

在PPG所依赖的光路部分，ADPD6000具有极高的信噪比，保证了信号质量和可测覆盖度，可以减少因为常见皮肤干扰因素导致的测量误差。同时，它还具有环境光抑制和动态干扰抑制，可适配更多的环境和测试状态。

“比如，用户肤色黑，手表戴的又很松，体毛长，还有痣或纹身。在这种极端环境下如果要准确测量心率，需要做专门的优化，”何源表示。

ADI在院内ECG上有着深厚的积累，这次也将专业医疗级ECG设备的架构技术导入到ADPD6000，在可靠性和稳定性上达到了专业医疗要求。除此以外，针对一些极端的场景，ADPD6000也进行了相应的优化。

比如，在干燥的冬季进行ECG测量是一项相当有挑战性的工作。原因在于人体皮肤在干燥环境下容易产生很高的电压偏置，这是造成可穿戴设备测量误差的重要原因。过高的极化电压也将导致测量信号的饱和，无法得到ECG波形图。

“基于这种极端场景，我们专门引入了一些创新架构，大幅提升了对静电高压的动态范围。用户直接感受就是哪怕在很干燥的环境下，之前测不出来的ECG在ADPD6000下可以很容易得到效果不错的波形图，”何源介绍道。

ECG导联脱落则是第二个极端场景。导联脱落是指心电图检查的导联线脱落或衔接不良的情况，导致不能显示正常的心电示波。何源表示，这一现象是可穿戴ECG测量中的难点，也是行业亟待解决的痛点：“如何判断导联脱落？比如，手按得太松，或者皮肤和手表的某个电极接触不良；又比如说，有的人皮肤本来就很干燥。在这个情况下，很多方案很难有效监测导联脱落。”

ADPD6000同样对此有所关注，“ADI内置的硬件状态机智能引擎，相当于在芯片里面提供了智能助手，能够根据电极输入的状态值精准判断导联脱落。同时，它还可以根据客户自己设计的介入状态来自定义。这一块上，我们做的是很有竞争力的，”何源对此很有自信。

除了PPG和ECG，ADPD6000在BIA测试上也有自己的独门绝技。这些独有的专利技术可以尽可能去除复杂环境的影响，保证阻抗精度。

“目前，为保证测量的精准度，智能手表进行BIA阻抗测试通常至少需要四个电极。其中两个电极一般是在表壳上，与手臂接触。另外两个电极放到表盘旁边，需要手指按上。不过，表盘旁边的电极非常小，用户的手指要想按上电极同时又不跟胳膊或者表壳接触基本不大可能，除非让用户用一个极其刁钻的姿势碰到电极。所以，很多时候这个阻抗其实是测不准的，”何源向动脉网介绍了BIA阻抗测试的难点所在。

何源表示，ADI在硬件级和方案级的技术与专利方面有深厚的积累，从芯片架构设计就规避了这些问题。即使用户在测试的时候手指直接跟表壳有不同的接触状态，ADPD6000也同样可以把这个误差补偿掉。

ADPD6000还成功解决了不对称链路设计误差这一可穿戴设备的难题。考虑到可穿戴设备的外观设计，其电极位置及大小均受到限制，只能引入不对称链路设计。这也是可穿戴设备与院内设备最大的区别之一。然而，恰恰是这种不对称链路设计会导致阻抗测量的精准度变差。

“这是一个物理现象，很难去避免，”何源对此表示。相比仅在理想条件下存在的链路对称环境，不对称链路的测试误差会呈现指数级扩大。要解决这一技术难点，除了具备扎实的模拟、数字电路技术，还需要对整个信号链架构有精准的把控。如此苛刻的要求导致能够解决这一现象的方案十分稀缺。

“ADI有独特的专有技术和专利，通过硬件和算法结合的方式，把这种物理上的误差在非对称链路的情况下可以降到很低，完全能够满足精准测量的要求。”

以客户为核心快速响应，ADI中国本土化战略已结硕果

除了技术架构和设计上的优势，ADI对于客户的重视也值得一提。

首先，ADI为客户提供了一揽子解决方案，帮助客户提高开发效率。除了成套的系统级评估板及手表方案可以帮助客户进行多参数测试及研究、参考验证外，也提供软件开发包SDK及量产方案建议，甚至还可根据客户需求，提供示例代码和全天候的本地支持。

这也就是半导体行业中常见的“Turnkey”一站式开发模式，可以降低客户研发端的成本和复杂度，拿到方案即可直接迅速导入，大大提高了效率。

当然，由于芯片定义及设计开发完全由国内团队完成，对产品架构有非常深入的理解。对于有深度自主开发需求的客户，也可以获得所需的服务。

同时，由于团队设在国内，ADI还能够提供无时差的全天候专业沟通和问题反馈跟进支持。基于ADI丰富的开发经验，其反馈和响应速度也在行业内有目共睹：“在技术支持上，我们的专业沟通没有什么时差，跟客户的交流非常顺畅。技术能力上自不必说，很多客户对我们的支持服务同样十分认可，”何源补充道。

为客户提供最贴近的即时服务，这也是ADI近年来强化本地战略的一个重要原因。一方面，中国拥有全球数一数二的市场规模；另一方面，随着近年来技术实力的飞跃，我国在很多领域已经站在了行业前列。以可穿戴市场为例，全球出货量排名前五的可穿戴设备商，我国品牌就占据两席。此外，更多的知名消费电子品牌也在大力拓展这一市场，且上升趋势十分明显。

正因为此，ADI在2019年12月专门成立了中国产品事业部，将核心的研发力量部署到中国，针对本地市场定义开发产品，这也是众多半导体跨国企业中极少数在中国建立独立成本核算中心的事业部体系。2020年12月，ADI中国升级为亚德诺投资有限公司，拥有从需求调研、产品定义、研发、市场销售与运营的全方面能力，从而能够以本地决策和中国速度响应客户的创新需求。

“目前ADI中国产品事业部在国内有200余位芯片设计、系统应用研发工程师，能够在很短的时间内高效完成需求调研、产品定义及设计开发。以ADPD6000为例，从项目决策到最终完成只用了一年多一点的时间，”何源在介绍时表示。

如今，成立两年多的ADI中国产品事业部已经开始兑现“在中国、为中国”的承诺，相继推出多款根据中国市场需求，由本地团队自主定义设计研发的产品，并已经得到头部客户的认可，取得了良好的经济与社会效益。“以客户为核心坚持创新，高标准、高质量地完成产品”的核心价值观也得到充分体现。

近年来，中国科技产业飞速发展，庞大的市场需求吸引了众多国外半导体企业在国内生根落户。深度的本土化战略使ADI中国能够敏捷地响应本地市场的创新需求，更好地融入本地产业生态，为中国客户服务。

写在最后

ADI在可穿戴健康及生命体征监测领域有着深厚的系统与技术专长积累，无论通过NMPA医疗器械认证与否，市场上有相当一部分可穿戴设备都采用了ADI的方案。与以往不同的是，此次新发布的多模式生命体征监测传感器前端解决方案ADPD6000完全由本土团队打造，充分证明了ADI中国团队有能力完成从产品定义到量产的整个过程，同时保持了ADI产品高性能、高可靠性的传统优势。

当然，这只是一个开端。ADI中国团队正在紧跟可穿戴趋势，开发新的功能和算法。除了已经成熟的PPG、ECG、体脂率、基础代谢率、体内含水量、骨骼肌等算法外，连续无袖带式血压监测、血糖及心理活动状态等算法也在积极研究与评估中。毫无疑问，这也将为可穿戴的发展注入新的动力，就让我们拭目以待。