作者：德州儀器Ryan Kraudel

“用于生物計量可穿戴設備的光學心率傳感器”三篇系列文章的第二篇。第一部分重點介紹了這些傳感器系統的工作原理，以及如何使用它們進行測量。

設想一下，您正在參加一個計劃會議。團隊剛剛提出了一些非常棒的想法，他們為新的可穿戴設備設計了一種光學心率傳感器，您可以將其添加到您的產品線中。他們都向您求助：我們應該與誰合作開發傳感器系統? 突然間您意識到你并不完全確定從哪里著手。

我們參與了50多個生物識別可穿戴設備項目。 我們的技術應用到目前市場上20多種不同的生物識別可穿戴設備中。我們犯了一些錯誤，從這些經歷中吸取了很多教訓，并在此過程中取得了一些成功。以下是我們在整個過程中總結的十大經驗教訓，在為您的新一代可穿戴設備選擇生物識別傳感器系統時，您可以作為參考。

1.在您開始之前，要證明它是有效的。這可能看起來非常明顯，但任何將生物識別可穿戴設備推向市場的人都會告訴您，產品開發周期中最難的部分是讓生物識別傳感器系統能夠很好地滿足您的要求。您的起點應該是一個有效的參考設計，類似于圖1中的設計。而且不要只在工作臺上做測試。把它放在至少20個人身上，看看它與一個合法的基準設備相比是否適用于您的預期用例。另一種選擇是測試市場上使用特定供應商技術的其他公司產品。他們的客戶對性能感到滿意嗎？它在測試中的表現如何？

圖 1：測試生物識別可穿戴設備的工作參考設計

2.與了解您的市場并可以滿足您要求的技術供應商合作。生物識別可穿戴設備的應用非常廣泛。確保您的技術供應商具備在您想要開發的設備上的交付能力和經驗。合適的外形、合理的指標、正確的精確度和良好的用戶體驗都對產品的成功起著巨大的作用。

3.與具備生物識別可穿戴設備和光機技術專業知識的技術供應商合作。硬件元件和光學機械設計是精密生物識別可穿戴設備的關鍵要素。您選擇的供應商應具備廣泛的硬件和光機專業知識，并且應是評估用于信號處理的模擬前端（AFE）性能方面的專家，如TI AFE4410。他們應該了解光與身體之間的耦合情況，優化血流信號指示，并盡量減少環境噪音。一個強大的團隊將確保選定的設備主體位置和外形使用正確的波長。

4.先進的信號提取方法至關重要。由于單個主體的復雜性，所有技術開發人員都必須對信號提取算法有深入的了解，特別是有源信號表征(如圖2所示)，它可以識別表征可能破壞信號的運動和環境噪聲。隔離這些因素和其他因素，使生物識別傳感器系統能夠報告準確的數據。

圖 2：涉及有源信號表征的信號處理至關重要

5.需要高級生物識別測量技術。基本心率測量正迅速成為可穿戴設備的最低要求。更高級的指標將定義未來，因此請仔細查看可從系統獲得的指標。它是否支持連續心率或只是定期進行現場測量？它能否提供更高級的指標，如心跳頻率間隔(心率變異性[HRV])、呼吸頻率或血壓? 也許更重要的是，供應商能否向您證明他們能夠提供這些指標? 事實往往勝于雄辯。

6.與能夠正確測試產品的技術供應商合作。當您與供應商合作開發產品的核心組件時，不僅要了解他們如何測試自己的產品，還要了解他們如何在您的設備中測試他們的產品。如果他們提供原型測試服務，那么您的方向就是正確的。但是，請務必詢問他們是否可以測試您的希望的用例，如圖3所示。他們如何以及在何處進行測試？他們在每輪原型設計中測試了多少人？

圖 3：確保在預期的用例上對設備進行廣泛的測試。

7.尋找將生物識別可穿戴設備推向市場的成熟經驗。重要的是要了解市場上還有哪些產品（包括您的產品）正在使用您所關注的技術。分析消費者對這些設備的評論可以讓您深入了解該組件在您設備中的工作方式。這些產品有多精確? 產品評價是否正面——至少與心率監測和生物識別組件有關？

8.選擇具有多學科專業知識的團隊。您應該了解供應商團隊的技能和專業知識。他們專攻硬件嗎? 光學？固件？算法？他們的核心競爭力是什么？

9.制造合作伙伴的經驗是非常寶貴的。與典型的可穿戴設備相比，設計生物識別可穿戴設備是一個截然不同的項目，主要是因為它其涉及光機械技術。即使您之前設計并制作了活動跟蹤可穿戴設備，也不要低估添加光學生物識別技術的復雜性。您應該選擇具有大規模生產生物識別可穿戴設備經驗的制造商。他們將面臨并解決許多其他制造商所沒有遇到的未知挑戰。

10.評估知識產權（IP）領域。盡管這是一個相對較新的領域，但生物識別可穿戴設備領域存在大量的專利，而也曾有知名公司也在這一領域發起訴訟。生物識別可穿戴設備的IP領域包括視光機械設計、數據處理、數據評估和可穿戴數據可視化等領域。圖4顯示了可穿戴設備專利授予的最新趨勢。

圖 4：可穿戴設備專利授權和提交（圖片由ipwatchdog.com提供）

希望這能幫助您選擇合適的生物識別傳感器系統。本系列的下一部分將介紹不同的設備和生物識別傳感器系統用例。

其他資源

• 查看TI光電二極管傳感器產品組合。
• 查找TI可穿戴設備資源和參考設計。
• 查看TI最新的可穿戴無線多參數參考設計。

審核編輯：符乾江