運動健康類產品引領可穿戴設備市場發展

摘要：本文描述了可穿戴設備未來市場的發展趨勢，通過對運動健康類產品的硬件構成和技術要點，討論了包括電源管理、處理器、傳感器和無線模塊等幾個市場的走勢，從而呈現出這幾個重要半導體市場的增長機會。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/247454.htm

關鍵詞：可穿戴設備；傳感器；模擬前端；電源管理

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.5.001

自從2013年爆發以來，可穿戴設備市場不斷受到整個電子行業的關注，各路人馬紛紛加入到這個極具想象空間的領域。然而就目前已經在售的可穿戴設備產品而言，運動健康類產品將成為最先爆發的市場。

顯然，這一趨勢將在2014年得以繼續，運動健康類可穿戴產品已經成為半導體廠商追逐的焦點，包括處理器、電源管理、無線模塊和傳感器類供應商，已經通過先進工藝和低功耗技術奠定了堅實的基礎，同時自身也獲得了新的市場增長空間。

可穿戴設備的定義是個籠統的概念，如果要為市面上的可穿戴設備進行分類，則可以幫助我們充分了解市場并抓機遇。

市場調研機構ABI公司將可穿戴設備的市場分為七大領域，分別是可穿戴照相機、智能服裝、智能眼鏡、醫療保健、運動與活動跟蹤器、可穿戴3D運動跟蹤器，以及兼容智能手機的手表。

以此為基準，過去的2013年已經上市的可穿戴設備中，運動健康類產品占據了大部分市場。名為埃森哲（Accenture）的咨詢公司年初發表報告指出，雖然如今在市場上能夠找到的可穿戴產品似乎多種多樣，但銷售額幾乎全部來自一個產品類別：健身監測器，健身監測器在已銷售的可穿戴產品中占據十分之九。

市場調研公司ABI的分析師Josh Flood表示：“運動與活動跟蹤器是首批熱銷的產品，僅在2013年，就出貨了三千兩百萬臺設備。”耐克公司于2012年2月推出的用于檢測耐克制定的運動量單位“Fuel”的手環型活動計量器+FuelBand，可以在無線連接的智能手機屏上顯示記錄的數值，取得了很好的市場表現。

ADI公司亞太區醫療行業市場經理王勝是上述觀點的堅定支持者，他認為，隨著移動醫療熱潮興起，穿戴式醫療電子無疑會成為未來的穿戴設備的熱門行業。在醫療保健領域，穿戴式的應用產品已不再是停留在“被談及”的層面，目前在例如體征信號檢測類產品，運動類裝備（如腕帶，腕表，鞋類）以及其他消費產品等領域已經有越來越多的實際商用產品出現。例如，在手機或手機附件中集成此類功能，尤其是業內的主流手機廠商都在開發并已有面試產品，這必將帶同相關技術及市場的快速發展，尤其是相關行業的巨頭的加入以及相關產品的面世，必將加速這一進程。

據市場調研機構Gartner公司數據顯示，應用于健身及個人保健的可穿戴式電子產品，其相關裝置、App與服務市場到2016年可達到50億美元的市場規模。運動健康類可穿戴設備主要包括活動監測、計步器、睡眠監測以及心率監測等，外形可以做成諸如手環、手帶、腕表、服裝鞋帽等。

作為健康管理的組成部分，健身數據的采集已經成為可穿戴功能的重要發展方向。耐克與蘋果的合作，是該領域的先行者。兩家公司推出的“Nike+ iPod”服務，讓擁有Nike+運動鞋和iPod的用戶能獲得跑步鍛煉時的數據。跑步時，通過運動鞋內傳感器和iPod的無線連接，iPod會記錄用戶的運動日期、時間、距離、卡路里消耗值等數據。跑步結束后，用戶可將iPod的數據同步到Nike+平臺上，為自己建立一份健身檔案。

而所有這些運動健康類的可穿戴設備能夠引起消費者與眾不同的消費體驗，必須提供可量化的信息，從而給消費者直觀的感受。

醫學或健康產業所設計的穿戴式裝置，大多內建高效的感應器架構，這類產品的功能訴求單純，主要用于量測個人生理資訊，數值量測的要求上，則是必須非常精確，且裝置要能夠長時間使用，并可透過內建的GSM或Wi-Fi無線通訊，將身上的各種儀器串連起來，成為一個身體網路（Body Area Network；BAN），同時也可以將資料回傳至醫療院所以利于后續追蹤，如此進而達到居家照護、遠距醫療的應用。

對于運動健康類可穿戴設備而言，一方面要求具備高性能處理的能力和無線連接功能，另一方面又要同時消耗更低有能量，因此免去頻繁為設備補充電能正是提高用戶體驗的關鍵。

跌倒檢測器是當今在老年人口中使用最廣泛的器械之一，同時也是運動健康類可穿戴設備的典型應用。盡管這些器械并不能防止跌倒，但它們能夠發出遠程報警，提醒有關方發生了不良事件。對這些器械的要求是功耗低、尺寸小并具備連接功能。同時還必須能區分人的快速坐下和實際跌倒動作。電池必須具備較長的續航時間，因為更換電池可能需要看護人員或第三方人員到訪，結果會增加穿戴者的成本。電池沒電意味著監測器失去效用，會增加穿戴者的風險，跌倒檢測器使用低g加速度計來檢測和區分運動類型。

ADI公司亞太區醫療行業市場經理王勝表示，在健康類穿戴式設備中還是以MEMS加速度計為主，MEMS陀螺儀的功耗仍然偏大，無法滿足穿戴式設備低功耗的要求。ADXL362是業內功耗最低的3軸MEMS加速度計，ADXL362在工作數據速率為100Hz時的功耗為1.8 μA，400 Hz時為3 μA，在運動激活的喚醒模式下時僅為270 nA，待機功耗為10 nA，可以使跌倒檢測器的電池壽命延長數月至數年；，同時其內部的千字節FIFO可以大大節省處理器的中端喚醒頻次，進而可以在系統級節省功耗提高效率，目前已經成為首選的感測部件。

傳統上，健身管理使用心率監護裝置實現，表現為跑步機上的胸帶或把手。基于電極的心率監護方式仍然是記錄心輸出量的一種流行方式，但正在發生變化的是電極的構成方式。例如，新型紡織技術在編織織物時使用導電材料，從而使身體的較大面積均能拾取生物電信號。這樣的變化，就要求穿戴式監測器需要具備高效的電源管理功能，從而實現低功耗、小尺寸和高性能三大特點。

ADI公司的Frederik Dostal工程師曾撰文指出，從電源管理的角度出發，所有這些系統都由于必要的便攜性而對集成度的要求較高。 對于真正便攜的產品而言，它們將采用電池供電，因此要求系統具有高電源效率。 在這類應用中，較低的功耗可延長設備的工作時間而無需充電或更換電池。 最后，成本也是個很重要的參數。 雖然在某些其它醫療保健應用中，電源管理解決方案的成本可能不是關鍵參數，但在家庭醫療保健中它十分重要。

ADI公司亞太區醫療行業市場經理王勝表示，該公司將持續在以上醫療保健功能及運動監測方案上大做文章，并持續解決和改進行業中的各類系統設計挑戰，例如在運動監測方面，我們ADI將開發更小更低功耗的產品。生命體征信號的監測將是ADI在可穿戴的醫療保健市場上的重點關注方向，也會陸續推出創新性的產品和方案，解決上述的設計應用及市場挑戰， 其中包括，信號鏈產品，微處理器，專門的電源管理方案及相關核心IP算法等。

以ADI公司的AD8232心率監護儀（HRM）模擬前端（AFE）為例，它可以有效地捕獲生物電信號，同時還具有低功耗和低成本的優勢。其主要特性包括導聯脫落檢測、快速恢復、右腿驅動，而且采用靈活的架構設計，可以配置外部濾波器以幫助減少運動偽像的影響。；光電測量脈率及血氧含量更是在可穿戴設備中作為極為重要的體征信號參數越來越多的被廣泛采用，ADI作為體征信號傳感器及模擬混合信號處理產品和方案的領導者，在與行業巨頭成功合作的同時，也會逐步擴展至相關領域的各個角落，必將引領整個行業的在此類產品中的領先位置。除此以外，生理阻抗測量，如身體成分分析，GSR（皮膚電反應）等也同樣會在可穿戴產品上受到青睞，ADI新近推出的全集成單片生理阻抗測量及多傳感器采集的高級程度，高新能，小體積及低功耗產品ADuCM350， 非常適合此類應用。以上所以相關產品及應用ADI都有專門的技術團隊提供全方位的支持。

作為高性能、低功耗和小型化特點的集合體，運動健康類可穿戴設備的開發目前正在成為工程師新的焦點。數字和模擬半導體廠商依靠創新的開發，正在努力為其準備滿足需求的半導體器件，而向用戶提供包括硬件與軟件在內的整體解決方案正在成為新的競爭熱點。