【導讀】市場上的可穿戴設備五花八門，歸結起來主要分為兩類：醫用可穿戴設備、健jian身shen穿chuan戴dai設she備bei。其qi中zhong，醫yi用yong可ke穿chuan戴dai設she備bei是shi直zhi接jie支zhi持chi醫yi生sheng監jian測ce和he治zhi療liao患huan者zhe的de設she備bei，所suo有you這zhe些xie設she備bei在zai上shang市shi前qian必bi須xu經jing過guo醫yi療liao主zhu管guan部bu門men的de批pi準zhun。對dui於yu健jian身shen穿chuan戴dai設she備bei而er言yan，其qi主zhu要yao應ying用yong也ye可ke以yi說shuo是shi用yong於yu醫yi療liao保bao健jian，隻zhi不bu過guo它ta們men收shou集ji的de數shu據ju大da多duo用yong於yu運yun動dong健jian康kang監jian測ce，這zhe些xie設she備bei在zai上shang市shi前qian基ji本ben不bu需xu要yao醫yi療liao部bu門men的de批pi準zhun。最zui常chang見jian的de例li子zi是shi健jian身shen帶dai和he智zhi能neng手shou表biao。它ta們men被bei用yong於yu跟gen蹤zong佩pei戴dai者zhe的de各ge種zhong生sheng命ming體ti征zheng，包bao括kuo心xin率lv
、體溫

、血氧飽和度、xueyadeng。weilai，suizheweixinghuaheshengwuchuanganjishudejinbu
，youkenengjiangchuanganqizhirudaohuanzhedeshoubinei，bingyuqigerendianhualianjieyongyujieshoucaijidaoderentishengwuxueshuju。

圖源：ME Image/adobe.stock.com

MEMS器件具有重量輕、體積小、成本低、功耗小等優點，非常有利於MEMS器件在電信和消費電子等行業中的應用。近年來，MEMS技術在汽車行業尤其是包括安全氣囊係統在內的車輛安全係統中越來越受到青睞。

智能可穿戴設備大舉滲透醫療領域

據Research and Markets發布的“2028年可穿戴傳感器市場預測分析”的最新研究報告，可穿戴傳感器市場預計將從2021年的約19億美元增長到2028年的57.6億美元。2021年至2028年，預計複合年增長率為17.1%。智能可穿戴設備
，如智能手表、健身跟蹤器
、VR頭盔、智能腕帶、活動跟蹤器和運動手表等，與人工智能（AR）和物聯網（IoT）等先進技術集成後，用戶可以通過智能手機、平板電腦或與這些設備連接的計算機即可輕鬆訪問與健康相關的信息。也許這就是智能可穿戴市場能夠保持高增長的重要原因之一。

隨sui著zhe消xiao費fei者zhe意yi識shi的de不bu斷duan增zeng強qiang，智zhi能neng可ke穿chuan戴dai設she備bei在zai醫yi療liao保bao健jian領ling域yu的de應ying用yong大da幅fu上shang升sheng。智zhi能neng手shou表biao和he脈mai搏bo血xue氧yang計ji是shi與yu光guang學xue傳chuan感gan器qi結jie合he的de可ke穿chuan戴dai設she備bei之zhi一yi
，可ke提ti供gong實shi時shi的de患huan者zhe健jian康kang跟gen蹤zong解jie決jue方fang案an。其qi中zhong
，幫bang助zhu監jian測ce心xin髒zang和he呼hu吸xi頻pin率lv的de光guang體ti積ji描miao記ji（PPG）傳感器的市場表現最為突出。光電容積描記（PPG）是利用紅外無損檢測技術進行人體運動心率檢測的一項技術，它通過光電傳感器檢測經過人體血液和組織吸收後的反射光強度的不同,描記出血管容積在心動周期內的變化，從得到的脈搏波形中計算出心率。蘋果公司在2021年推出的幾款智能手表都內置了PPG傳感器。Realme手表具有廣泛的健康功能
，其中就包括血氧水平和頂級PPG心率傳感器。Mobvoi推出的TicWatch Pro 3智能手表同樣包含PPG傳感器功能。

根據美國心髒協會（American Heart Association）公布的數據，全美每年約有1,700萬人死於心髒異常

，預計到2030年這一數字將增至2,300萬。由此可見
，帶有PPG功能的可穿戴設備的市場潛力不可低估。

便攜式傳感器將可穿戴設備帶入新時代

現在的傳感器變得比過去小得多
，成本更低，能效更高，這些發展促進了它們在便攜式設備上的應用。在“可穿戴”領域
，“健身服”和其他外圍設備借助生物傳感器可獲得人體的一些生物學數據
，然後再通過智能手機或電腦等進行分析

，為人們提供健康監測服務。

比如
，使用內嵌在衣服上的傳感器，隻需分析人的膚色，即可對其心率進行無接觸分析。通常，我們將這種“可穿戴”的de便bian攜xie式shi傳chuan感gan器qi分fen為wei皮pi下xia植zhi入ru的de內nei部bu傳chuan感gan器qi和he可ke佩pei戴dai的de外wai部bu傳chuan感gan器qi兩liang種zhong。便bian攜xie式shi傳chuan感gan器qi技ji術shu在zai過guo去qu幾ji年nian中zhong的de發fa展zhan十shi分fen迅xun速su，大da多duo數shu新xin應ying用yong主zhu要yao集ji中zhong在zai醫yi學xue領ling域yu。隨sui著zhe使shi用yong便bian攜xie式shi傳chuan感gan器qi電dian子zi設she備bei的de激ji增zeng
，當dang今jin的de醫yi療liao保bao健jian途tu徑jing有you可ke能neng發fa生sheng徹che底di改gai變bian。

最新的便攜式傳感器技術進步主要體現在小型化
、低功耗等方麵。傳感器的微型化給我們帶來的最具吸引力的發明之一是數字藥丸。這些內置了微型傳感器的藥丸主要用於成像、藥物監測、qitichuanganhedianhuaxueqitichuangan。yidanhuanzhefuyongleshuziyaowan，chuanganqijiuhuibeiweisuanjihuobingchanshengdianxinhao。zhexiedianxinhaoyoupeidaizaixiongqiangshangdetiepianshiqu，ranhouzaichuanshudaozhinengshoujishangjinxingjinyibufenxi。jishinianqianzhinengjiezhuangguideyiliaoshebeicainengshishidejiankangjianzha，xianzaitongguoshuziyaowan

、可穿戴設備、智能手表和智能手機就能輕鬆完成。

從在醫療設施中使用複雜的機器測量心率
、血xue糖tang和he血xue氧yang飽bao和he度du
，到dao能neng夠gou在zai自zi己ji的de智zhi能neng手shou表biao上shang測ce量liang，傳chuan感gan器qi技ji術shu走zou過guo了le漫man長chang的de道dao路lu。這zhe期qi間jian的de技ji術shu重zhong點dian一yi方fang麵mian是shi醫yi療liao的de準zhun確que性xing
，另ling一yi方fang麵mian就jiu是shi產chan品pin的de微wei型xing化hua。微wei型xing化hua已yi經jing成cheng為wei用yong於yu健jian康kang監jian測ce的de可ke穿chuan戴dai設she備bei的de發fa展zhan趨qu勢shi，同tong時shi也ye將jiang可ke穿chuan戴dai設she備bei帶dai入ru了le新xin的de時shi代dai。正zheng是shi因yin為wei有you了le這zhe些xie醫yi療liao和he健jian身shen可ke穿chuan戴dai設she備bei
，我wo們men才cai能neng輕qing鬆song地di
、實時監測自身的健康狀況。

據預測
，醫用可穿戴設備的數量在2022年有望突破10億美元大關。根據IDC 2020年的報告，與前一年相比，2020年全球可穿戴設備出貨量激增了28.4%
，到2021第三季度，進一步增長了9.9%，其中醫用可穿戴設備功不可沒。

可穿戴設備中的傳感器

傳感器並不是消費電子設計的新元素，隨著它們變得比過去更小、成本更低、能效更高，在便攜式電子設備中的應用不斷被擴展。如今的智能手機
、平板電腦、可穿戴設備的用戶吸引力在很大程度上取決於它們采用的傳感器解決方案的質量。ReportLinker的分析數據表明
，全球智能傳感器市場預計將從2022年的458億美元增長到2027年的1,045億美元，2022年至2027年的複合年增長率為17.9%。而推動該市場增長的關鍵因素則源於物聯網設備和消費電子產品（如智能家電和可穿戴設備）中對智能傳感器的需求激增。

市場上的傳感器種類繁多
，可穿戴設備中使用的傳感器也是五花八門，包括壓力
、光學、接近度、運動、溫度、聲學
、觸chu摸mo和he圖tu像xiang傳chuan感gan器qi等deng。區qu別bie於yu其qi他ta行xing業ye，可ke穿chuan戴dai應ying用yong不bu僅jin注zhu重zhong傳chuan感gan器qi的de功gong能neng，對dui傳chuan感gan器qi的de尺chi寸cun和he功gong耗hao也ye非fei常chang敏min感gan。現xian在zai就jiu讓rang我wo們men來lai看kan一yi些xie典dian型xing的de可ke穿chuan戴dai產chan品pin中zhong的de代dai表biao性xing傳chuan感gan器qi。

#01 加速度計

加速度計是可穿戴設備中使用較普遍的傳感器。例如，跑步的用戶可以訪問他/tadezuigaosudushuchuyijijiasudu。ciwai，jiasujihaikeyigenzongshuimianmoshi。zaiweichaodigonghaoyingyongxuanzejiasudujishi，bixuzaishujushoucezhongbiaochengdegonghaoshuipingxiazaixiguanchachuanganqidegongneng
，qizhongdeyixiangguanjianzhibiaoshidaikuanhecaiyangsulvshifouhuijiangzhiwufaceliangkeyongjiasudushujudeshuiping。

之所以這樣考慮的原因是：weileweichijiaodigonghao，henduojiasudujihuitongguomeimiaoguanduanbinghuanxingdefangshidadaojienengdemude。youyuyouxiaocaiyangsulvxiajiangle，zheyangzuohuicuoguoguanjiandejiasudushuju。yinci

，xuanxingshiyidingyaozaizhexiecanshuzhongzuoyouxiaodequanheng。

ADI公司的ADXL362和ADXL363采用全數據速率對傳感器的整個帶寬進行采樣，不會通過欠采樣混疊輸入信號
，它們可在功耗僅為3μA的狀態下
，以最高400Hz的速率進行采樣。在可穿戴設備中
，這些較高的數據速率可實現額外的功能
，如單擊/雙擊檢測。

非必要時段，ADXL362和ADXL363的采樣速率可降至6Hz，以便在被拾起時或者檢測到運動時設備能啟動，此時的平均功耗僅為270nA。因此
，ADXL362和ADXL363非常適合電池更換非常困難的植入式應用。ADI公司還開發了一款僅供演示使用的VSM手表，旨在展示ADXL362等超低功耗器件在電池供電和空間受限應用中的潛力。

圖1：集成了ADXL362器件的VSM手表

（圖源：ADI）

#02 陀螺儀

陀tuo螺luo儀yi也ye是shi一yi種zhong較jiao常chang見jian的de可ke穿chuan戴dai傳chuan感gan器qi，與yu加jia速su度du計ji的de不bu同tong之zhi處chu在zai於yu
，它ta隻zhi記ji錄lu角jiao加jia速su度du。在zai一yi些xie方fang案an中zhong
，加jia速su度du計ji主zhu要yao用yong於yu測ce量liang旋xuan轉zhuan加jia速su度du。在zai更geng多duo應ying用yong中zhong
，我wo們men看kan到dao的de是shi陀tuo螺luo儀yi和he加jia速su度du計ji兩liang者zhe相xiang結jie合he，以yi最zui大da限xian度du地di縮suo小xiao測ce量liang誤wu差cha。

TDK InvenSense的ICG-1020S雙軸MEMS角速度傳感器設計用於智能手機攝像頭模塊和其他移動設備中的光學圖像穩定（OIS）應用，支持高達32kHz的ODR，向後兼容其他InvenSense專用OIS陀螺儀產品。ICG-1020S陀螺儀擁有極低的RMS噪聲和噪聲密度
，超高分辨率
、高達32KHz的快速采樣率
、包括快速20MHz SPI接口的低相位延遲、4mdps/√Hz的極低速率噪聲。精確的靈敏度控製允許該陀螺儀采用無校準策略，有效節省了生產成本。

圖2：ICG-1020S雙軸MEMS陀螺儀方框圖

（圖源：TDK）

#03 磁性傳感器

在消費電子產品中，磁性傳感器有許多類別，主要用於解析速度
、方向
、位置、對準、接(jie)近(jin)或(huo)旋(xuan)轉(zhuan)位(wei)置(zhi)，關(guan)鍵(jian)的(de)一(yi)點(dian)是(shi)，測(ce)量(liang)過(guo)程(cheng)中(zhong)這(zhe)類(lei)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)目(mu)標(biao)之(zhi)間(jian)無(wu)需(xu)直(zhi)接(jie)接(jie)觸(chu)。磁(ci)性(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)安(an)裝(zhuang)在(zai)堅(jian)固(gu)的(de)保(bao)護(hu)外(wai)殼(ke)中(zhong)
，以(yi)適(shi)應(ying)惡(e)劣(lie)環(huan)境(jing)

，也(ye)可(ke)以(yi)安(an)裝(zhuang)在(zai)小(xiao)型(xing)電(dian)路(lu)板(ban)封(feng)裝(zhuang)中(zhong)，以(yi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)空(kong)間(jian)使(shi)用(yong)。霍(huo)爾(er)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)磁(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)一(yi)種(zhong)，是(shi)由(you)霍(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)和(he)及(ji)其(qi)附(fu)屬(shu)電(dian)路(lu)組(zu)成(cheng)的(de)集(ji)成(cheng)傳(chuan)感(gan)器(qi)。

由(you)於(yu)霍(huo)爾(er)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)非(fei)鐵(tie)部(bu)件(jian)檢(jian)測(ce)磁(ci)場(chang)，因(yin)此(ci)磁(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)目(mu)標(biao)可(ke)以(yi)嵌(qian)入(ru)到(dao)係(xi)統(tong)的(de)內(nei)部(bu)
，並(bing)檢(jian)測(ce)外(wai)部(bu)和(he)內(nei)部(bu)特(te)征(zheng)相(xiang)反(fan)側(ce)的(de)目(mu)標(biao)。現(xian)在(zai)
，霍(huo)爾(er)傳(chuan)感(gan)器(qi)已(yi)廣(guang)泛(fan)用(yong)於(yu)消(xiao)費(fei)電(dian)子(zi)、運動器材、家用電器、數碼相機、智能手機、玩具
、電子儀器和其他電子設備中。

Bosch公司的BMM150 3軸數字地磁傳感器是低功耗
、低噪聲3軸數字地磁傳感器
，可滿足羅盤應用的需求。通過為硬件量身定製的傳感器數據融合軟件，BMM150地磁傳感器可提供高準確、高動態的空間定位和運動矢量，主要用於室內導航

，例如在組合加速計中計步，還特別適合用於支持無人機精確領航。

BMM150的應用包括感應手機
、手持設備、計算機外圍設備、人機界麵
、虛擬現實功能和遊戲控製器中的三軸地磁。BMM150的封裝和接口設計符合多種硬件要求
，因其具有超小的占地麵積和扁平的封裝
，非常適和可穿戴設備等尺寸敏感型應用。

圖3：BMM150地磁傳感器方框圖

（圖源：Bosch）

#04 全球定位係統（GPS）

GPS是智能手機和智能手表等許多智能便攜設備上較常見的傳感器，用於掃描並通知用戶其位置。

u-blox公司的ZED-F9T全球導航衛星係統（GNSS）模塊將F9多頻帶平台集成在一個外形尺寸僅為22mm x 17mm的小型封裝中
，這些多頻帶GNSS模塊提供5ns（1西格瑪）的定時精度和超低功耗。ZED-F9T模塊具有並行GNSS接收器，可接收和跟蹤多個GNSS係統。該模塊具有GPS
、伽利略、GLONASS和北鬥等四大全球導航衛星係統
，因采用多頻帶射頻前端架構
，可以做到同時接收。

圖4：ZED-F9T模塊內部架構

（圖源：貿澤電子）

#05 壓力傳感器

yalichuanganqizhuyaotongguoyingbianjigongzuo
，dangduichuanganqishijiayalishi
，huidaozhidianzudebianhua。zhezhongceliangyalidefangfachangchangtongguohuisitongdianqiaoshixian，gaidianqiaokeyigenzongjingtaihuodongtaidianzubianhua。

TE公司的MS5837-02BA是一款超小型凝膠填注壓力傳感器，針對高度計和氣壓計應用進行了優化
，主要麵向健身跟蹤器、無人機和可穿戴設備等應用。MS5837-02BA基於MEMS的傳感器包括一個高線性壓力傳感器

，具有超低功耗24位數字輸出（I2C）和13cm海平麵的高度分辨率
，可實現高分辨率測量
，例如計算樓梯段數。

圖5：超小型壓力傳感器MS5837-02BA

（圖源：TE）

互為推力的可穿戴設備與智能傳感技術

可ke穿chuan戴dai健jian身shen技ji術shu已yi經jing融rong入ru整zheng個ge社she會hui，隨sui著zhe消xiao費fei者zhe對dui監jian測ce自zi身shen健jian康kang和he跟gen蹤zong自zi身shen生sheng命ming體ti征zheng的de需xu求qiu不bu斷duan增zeng加jia，可ke穿chuan戴dai技ji術shu的de使shi用yong在zai過guo去qu四si年nian中zhong增zeng加jia了le兩liang倍bei多duo。根gen據juInsider Intelligence的研究，超過80%的消費者願意使用健身技術。在美國，到2022年，大約1/4的美國人將會使用可穿戴設備，主要用途是健身或身體健康監測。

圖6：2022年

，接近1/4的美國人口將使用可穿戴設備

（圖源：Insider Intelligence）

根據maximize market research的預測

，全球消費電子傳感器市場到2027年預計將達到413.4億美元
，複合年增長率為16.32%。智能、高可靠、低功耗

、低成本和高集成度是消費電子產品中傳感器獲得大規模應用的推動力。

未wei來lai的de可ke穿chuan戴dai設she備bei還hai將jiang配pei備bei最zui新xin的de信xin息xi處chu理li和he連lian接jie硬ying件jian
，其qi中zhong的de信xin息xi技ji術shu市shi場chang的de發fa展zhan將jiang是shi爆bao炸zha性xing的de，硬ying件jian升sheng級ji每mei隔ge幾ji年nian也ye會hui發fa生sheng翻fan天tian覆fu地di的de變bian化hua。便bian攜xie式shi傳chuan感gan器qi和he可ke穿chuan戴dai設she備bei很hen可ke能neng也ye會hui經jing曆li同tong樣yang的de急ji劇ju發fa展zhan過guo程cheng。一yi方fang麵mian
，傳chuan感gan器qi技ji術shu的de微wei型xing化hua開kai創chuang了le可ke穿chuan戴dai設she備bei的de新xin時shi代dai。另ling一yi方fang麵mian
，可ke穿chuan戴dai設she備bei市shi場chang的de巨ju大da需xu求qiu反fan過guo來lai將jiang推tui動dong傳chuan感gan器qi技ji術shu的de進jin步bu。

來源：貿澤電子

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