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智能手表核心芯片~手表心率监测芯片AFE4900浅析(附一篇智能手表专利推荐)

智能手表核心芯片~手表心率监测芯片AFE4900浅析(附一篇智能手表专利推荐) 集成电路大数据平台
2024-10-21
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本期是平台君和您分享的第89期内容

2024年8月,安徽华米信息技术及美国的智能手表品牌ZEPP公司在美国对深圳思佰特公司提起诉讼,涉及专利商标和不正当竞争。
起诉书(来源:RPX网站)
看到这则新闻,平台君马上想到了日前有位合作伙伴想要出售的一批专利中就有一些智能手表的专利,而且这个专利还很基础!

下面,平台君先给大家简单介绍下这篇专利(解读权利要求项)。

01

一项智能手表的基础专利

可穿戴设备专利及翻译

图中这篇专利主要介绍一种可穿戴生物反馈装置。该装置可以将多种颜色与多个数据范围相关联,装置感测用户的生理参数后与数据范围比较,以多种颜色在显示器上生理参数的数据范围。这不就是大多数智能手表都能实现的功能嘛!

平台君去几家智能手表的官网找到了如下信息。

首先,苹果官网Apple Watch查看心率区间的功能如下:

来源:苹果网站

然后在三星官网,平台君看到如下手表的显示提示,不同程度的运动心率状态以不同颜色显示,和专利的如出一辙!

来源:三星网站

您品,您细品,这意味着什么?如果您是这篇专利的所有权人,您觉得是否可以做点什么?产品中使用了别人已经申请了专利的技术的厂商,您慌不慌?

后面可能会发生什么事,我们拭目以待。

02

心率监测模拟前端芯片

平台君作为一名专业推荐芯片的小编,每天过目的芯片型号少说也在50款以上,肯定得看看这么厉害的专利得需要哪些芯片来支持。
话说市面上常见的智能手表、智能手环等穿戴设备能够检测心率,离不开心率监测芯片的支持。今天我们就来聊聊来自德州仪器(TI)公司的AFE4900

AFE4900是一款超低功耗、集成式的模拟前端(AFE),专为可穿戴光学和电生物传感应用而设计。能够以高达1kHz的数据速率进行同步光电容积脉搏图(PPG)和心电图(ECG)信号采集。

值得一提的是该芯片的超低功耗设计平均电流仅为30μA。适用于典型的心率监测场景,如20mA设置、60μs脉冲持续时间和25Hz采样率。

图源:AFE4900芯片规格书

芯片外部的四个二极管(LED1~LED4)用来向人体发送光学信号,可外接三个光电二极管(PD1~PD3),支持时分多路复用PD输入以接收来自人体的信号,先经过TIA、噪声过滤模块、再经过ADC转换为数字信号,数字模块大概占整个芯片面积的20%。该芯片支持SPI和I2C两种接口。

AFE4900芯片概貌图(图源:IPBrain平台)

AFE4900芯片多晶层细节放大图(图源:IPBrain平台)

AFE4900芯片M1层细节放大图(图源:IPBrain平台)

03

心率监测科普

平台君带大家一起来围观下心率监测的两种检测方法。

光电容积描记法PPG

光电容积描记法(Photo plethysmo graphic,简称PPG)。简单来说,就是基于物质对光的吸收原理,通过智能手环/手表的绿色LED灯搭配感光光电二极管,用光检测一段时间血管的扩张收缩。由于血液是红色的,它可以反射红光而吸收绿光,在心脏跳动时,血液流量增多,绿光的吸收量会随之变大;处于心脏跳动的间隙时血流会减少,吸收的绿光也会随之降低。因此,根据血液的吸光度,心率检测芯片可以测量出心率。

PPG的优点还在于其对传感器与皮肤的接触要求比较低,哪怕是宽松到传感器与皮肤没中间有一定的空气间隔,传感器仍然能够获得比较理想的信噪比,要知道用户非常偏爱可以宽松佩戴的可穿戴设备。

(图源:网络侵删)

绝大部分智能手环/手表都采用了PPG法监测心率,它们的明显特征是传感器部位配备了绿色LED灯,并且发生器和光敏接收器位于所测部位的同一侧,主要测量反射回来的光。PPG不仅仅能测量心率,还可以测量血氧饱和度、血压、呼吸率。在获取不同的PPG指标时,使用不同的波长即可。

心电信号测量法ECG

心电信号测量法(ECG),由于人的心脏在每个心动周期(从一次心跳的起始到下一次心跳的起始,心血管系统所经历的过程)中,心房、心室相继兴奋,伴随着无数心肌细胞的相继动作,从而会引起电位变化,这些生物电的变化称为心电。每次心跳,人的体表都会有微小的电极变化,捕捉到这些周期性的电极变化,再经过心电ECG专用芯片的算法就可以还原出心率跳动的频率,来实现心率的实时监测。

平台君还了解到,苹果手表Series4及更高版本在表冠中配置了ECG电极,可以测量心电图信号。智能手表中的ECG测量与医院常用的心电图检测类似,不同的是医院需要在心口、脚上、手腕上都加上电极,由于身体各部位的电信号强度不同,通常电极布点越多测量越准确手表中的ECG功并不能替代专业医疗设备。

(图源:网络侵删)

AFE4900芯片制程大约为180nm左右,从上文的概貌图也能感觉芯片规模并不大,这个制程及规模还能卖到100元左右,在手表成本中的权重不小。比如OPPO的首款智能手表OPPO Watch中就用了这颗芯片。

IPBrain平台已经对该芯片进行了分析,感兴趣的读者可以留言给平台君了解详情。

更多独家资讯尽在IPBrain集成电路大数据平台,如果您对更多市场上热门的芯片资讯感兴趣,也可以点击“阅读原文”访问IPBrain网站进行查询。


THE END


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