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流感季急诊室外彻夜排起的长队，手机屏幕里不断闪烁的重症数据，深夜此起彼伏的剧烈咳嗽声——当病毒以更狡猾的姿态席卷全球， 守护健康的战争早已从医院前移到每个人的身上。 在医学界公认的「72小时黄金预警期」里，可穿戴设备闪烁的光芒正穿透皮肤组织，持续捕捉血氧浓度、心率变异性和体温波动数据。这不是科幻电影的末日警报，而是光电传感器发出的生命预警，当体温监测精度精确到±0.0℃，当动态血氧检测突破运动伪影干扰……科技正在重新定义健康监护的时空边界。 从智能手表到耳机，再到智能戒指和智能衣物，这些小巧的设备通过精密的光学元件和传感器，为大众实时监测心率、血氧饱和度、血压等关键健康数据。 在这一领域， 一项项巧妙的设计正悄然改变游戏规则，起到“四两拨千斤”的妙用 ，比如在发射端、接收端乃至OFE中采用一些创新设计既能提升系统光效，又能降低系统功耗；又比如通过优化灯与光电二极管的排布，即可降低串扰，进而提升信号采集和系统性能…… 可以说，今天将奉上2025年智能手表/耳机/戒指都会用到的“设计秘籍”。 对于光学设计工程师而言，这无疑是一次连接理论和实践的思维盛宴。 一探究尽！ 01 发射端“黑科技” 多波长光源集成与独立性设计参考 在可穿戴设备中，光电传感器的核心功能是通过发射光信号并接收反射光信号来监测生命体征。发射端通常由LED或VCSEL（垂直腔面发射激光器）组成，而接收端则是光电二极管（PD）。艾迈斯欧司朗在这两个关键部分都进行了创新设计，以确保高效的光信号发射和接收。 比如，在发射端设计时，艾迈斯欧司朗采用了多波长光源的集成方案。 将上图放大，并观察右下角的产品图，就可发现其最新的三合一发射器SFH 7018就集成了三颗发射芯片，包含绿色、红色和红外三种波长的光源。这种设计不仅可以同时支持心率和血氧的监测，还通过独特的光学结构设计提高了光效。 SFH 7018的设计中，绿色、红色和红外光源被集成在一个封装内，并且采用了双反射碗的设计。众所周知，光发射出来后，会投射到外壳部分并产生极其复杂的全反射，这些反射回来的光通过反射碗的二次甚至三次利用，能从整体上提高光的发射效率及利用率，因而最终提升这个系统的光效。 而这种设计不仅能提高光效，还减少了不同波长光源之间的相互干扰。例如，绿色光源在点亮时可能会激发红色光源产生荧光效应，而双反射碗的设计有效避免了这种荧光激发干扰，确保了每种光源的独立性和稳定性。 此外，SFH 7018还通过低电压设计和高亮度输出，进一步优化了系统的功耗和性能。例如，绿光在200mA脉冲电流下的电压仅为2.65V，远低于市场上常见的3.5V以上电压。这种低电压设计不仅降低了系统的功耗，还减少了对额外升压电路的需求，简化了硬件设计。 02 接收端秘籍 高灵敏度PD设计，专治信号“先天不良” 在接收端，艾迈斯欧司朗的光电二极管（PD）SFH 2075和SFH 2076，在芯片端做了蓝绿增强，从而使得芯片对蓝光和红光的波段的敏感度明显从这个黑色的线（下图右侧图中）又做了一个提升，其中绿光波段更是达到了接近30%的提升。 由于测量心率时主要依赖绿光波段，蓝绿增强会使得PD更加敏感了，这种设计不仅提升了心率监测的准确性，还降低了系统的功耗。 03 LED与PD排布也有玄学？ 看看大师怎么选 在可穿戴设备中，LED与PD的排布对信号采集的质量至关重要。艾迈斯欧司朗通过多年的技术积累，提出了多种优化的排布方案，以确保在不同应用场景下都能获得最佳的信号采集效果。 通常，LED与PD排布方案主要分为线性排布和环形排布两种。 线性排布通常适用于空间有限的设备，如智能戒指或耳机。在这种排布中，灯和PD以线性方式排列，确保光信号能够有效地穿透皮肤并被PD接收。 环形排布则更适合于智能手表等设备。在这种排布中，灯和PD以环形方式排列，通常中间是灯，周围是PD。这种设计不仅提高了光信号的均匀性，还减少了环境光对信号采集的干扰。艾迈斯欧司朗还推出了三颗发射器和三颗接收器的交叉环形排布方案，确保了信号采集的稳定性和准确性。 但无论哪种排布设计，其中的器件间距，包括发射端和接收端之间的挡板都是需要特别设计，也是最能体现创新思维的方面。

新兴的个人健康监测技术为何在医疗场景和日常生活中越来越受到青睐？为了准确回答这个关键问题，我们首先需要理解三个全球性趋势： 如今，几乎人手一部智能手机，这等于随身携带了一台高性能计算机、一个全天候运行的智能医疗传感器中心，还有一块显示屏。 发达工业国家的人口正在迅速老龄化，而老年群体的疾病发病率较高。与此同时，年轻人也比过去更加关注如何延长健康寿命。这些人群以及服务他们的医务人员可以利用新技术来优化生活方式，合理调控运动、饮食、睡眠和压力等关键因素，帮助他们作出更健康的生活选择。 如摩尔定律所预言，半导体技术不断进步，使得用于计算和传感的电子设备体积更小、性能更强、成本更低、功耗更低。这意味着原本只能在昂贵医疗设备中使用的医疗传感器，现在可以集成到价格合理的便携式或可穿戴设备中。 这些趋势正在模糊医疗设备和消费级设备间的界限。如今，即使是个人用户也可以借助智能手表、活动追踪手环、智能戒指，甚至是耳塞等设备，来监测血压、心率和睡眠质量等反映自身健康和生活方式的关键指标。 与此同时，医疗机构也在医院和门诊场景采用数字化医疗模式，无需医护人员介入，即可实现对患者的持续自动监测。智能皮肤贴片、手环等可穿戴设备能够持续将患者数据同步至中央系统，由人工智能（AI）算法和其他软件工具对这些数据进行监控。当监测到需要人工干预时，系统会自动通知医疗专家。 核心体温： 一项重要的诊断指标 得益于传感器技术的进步，消费级可穿戴设备已经在多项生命体征测量上实现了接近医疗级的质量，包括血压、心率和血氧饱和度。 然而，核心体温这一生命体征所提供的信息对于某些诊断和监测也至关重要，甚至不可或缺。例如，核心体温是判断女性生育周期状态、压力水平以及睡眠质量的精确指标。它还能在发烧或败血症发作时，发出可能挽救生命的预警信号。 在医疗领域之外，核心体温监测也被用于优化训练耐力运动员，帮助他们提高训练效果，并避免身体过度疲劳。 在艾迈斯欧司朗的传感器产品组合中，一款此前鲜为人知的产品如今正成为行业关注焦点，并迅速占领市场，赋能新一代消费级和医疗级可穿戴设备进行核心体温测量。 例如，AS6221数字温度传感器就是公司数十年来在设计和制造超精确混合信号半导体方面专业积累和知识产权的结晶。凭借艾迈斯欧司朗独树一帜的技术，这款温度传感器契合了新型核心体温监测设备制造商的要求：与同类产品相比，AS6221更精确、更小巧、更节能，是推动个人健康监测技术迈向新高度的“幕后英雄”。 AS6221： 专为体温测量优化 高级温度测量技术的优势在于其精确度。AS6221在-40°C至125°C工作范围内的最大测量误差为±0.3°C，这一表现相当令人印象深刻。然而，其独特之处在于测量精度专门针对医疗应用进行了优化：人体正常体温约为37°C，因此，在-25°C至55°C范围内的测量精度得到优化，最大误差降至±0.10°C，而在20°C至42°C范围内，误差更是仅为±0.09°C。 如此高的精确度对于开发新一代核心体温监测系统至关重要，譬如我们合作伙伴 greenteg的CALERA®传感器技术 （

更多生命体征指标风靡的背后都只有一个原因：更多人将健康排在人生第一顺位！ “AGEs，也就是晚期糖基化终末产物，英文名Advanced Glycation End-products，是存在于我们体内的一种代谢产物” 艾迈斯欧司朗亚太区健康监测高级市场经理王亚琴说道，“相信业内的朋友都会有关注，最近该指标的热度很高，它可以用来评估人的生活方式是否健康。” 据悉，AGEs是可穿戴健康监测领域的一个“萌新”指标，近来备受关注。如果站在学术角度来理解它，那么AGEs是在非酶促条件下，蛋白质、氨基酸、脂类或核酸等物质的游离氨基与糖的羰基经过缩合、重排、裂解、氧化等一系列反应后形成的一类稳定的终末产物。 一般情况下，年龄越大，人体内AGEs含量越多，过量的AGEs在体内蓄积后，会给身体带来负担，从而引发各种疾病。 大众对更多指标的“追热”，愈发突出一个本质——更多的人把健康放在首位！ 1、人生第一顺位！ 去年年中，麦肯锡发布了一份最新的《未来健康调研》，调查了美国、英国和中国超过5000名消费者，探究了消费者健康领域的五大趋势。调研结果显示，人们对健康越来越重视，特别是在中国，62%的消费者将健康视为日常生活的头等要事，该比例显著高于美国（41%）和英国（29%）。 即使与一年前相比，也有更多中国消费者更加重视健康。值得关注的是，在被问到如果总体消费水平下降时是否会调整健康支出，74%的消费者回答会提高或增加健康相关的支出（如下图所示）。 * 图源：麦肯锡 而从人群划分来看，Z世代和千禧一代对健康尤为关注。他们目前在大健康产品和服务上的投入比前几代人更多，涵盖了健康管理、睡眠改善、饮食营养、强身健体、科学养颜以及心理治愈等。 通过这一系列调研，麦肯锡也进一步总结出2024年消费者在健康领域的行为偏好，其中之一便是“生物监测与可穿戴技术新纪元”。麦肯锡表示，在所有受访者中，约半数表示曾购买过健身类可穿戴产品。 尽管手表等传统可穿戴设备已盛行许久，但突破性技术的发展引领大众步入了以生物监测为核心的新纪元。 比如，现今市面上出现了搭载传感器的生物识别智能戒指，能通过配套的手机APP，为用户提供睡眠质量相关的分析。 在受访的可穿戴设备用户群体里，约三分之一反映他们相比12个月前更加频繁地使用此类设备。而在所有受访者中，超过四分之三表达了未来将会继续使用可穿戴设备的意愿。 麦肯锡据此预测，随着企业不断拓展健康参数的监测范围，可穿戴设备的应用也将日益普及。 2、来为你的健康一站式采购 生命体征监测，实质上就是通过监测用户的某些生命体征参数，从而判断他的健康水平，或者给他的生活方式提出一些建议。 现如今，生命体征监测已经有一系列较为稳健的测量方法，比如说光电容积描记术PPG、心电图ECG、皮肤阻抗GSR、身体阻抗Bio-impedance、皮肤的温度skin temperature等，基于其中一项或者几项测量方法的组合可以获得心率、心率变异性、血氧、血压、呼吸率、身体成分构成、人的压力水平等各项体征参数的具体指标。 “比如一些用户可以在其手机端获得压力水平的报告，而压力水平的数值一般是通过PPG得出的心率变异性以及身体成分构成这两项指标综合评估得出的。” 那在一系列指标的追踪过程中，艾迈斯欧司朗所扮演的角色是什么？ 如果要实现生命体征的系列监测，往往需要如上图所示的一整个系统。“艾迈斯欧司朗可以提供发射端和接收端的裸芯片，也可以提供它们相应的封装器件，甚至是整合在一起的OFE模块，以及AFE模拟前端。” 此外，艾迈斯欧司朗还可以提供高精度的温度传感器。目前主推的AS6221其实大批量量产已有4~5年，艾迈斯欧司朗自有的晶圆厂生产确保了它供应链的稳定性和工艺的一致性。 这款数字温度传感器的精度在20℃~42℃的范围内高达0.09℃。 据艾迈斯欧司朗市场和商务拓展高级经理刘伟伟介绍， 其对于人体温度测量的准确性可以满足医用级标准EN 12470-3。 而且，还在高精度的基础上更实现了超低功耗，达到每秒钟4次采样仅为6μA，待机功耗也仅为0.1μA， 已经广泛被国内外客户采用。 当然这都仅是硬件的部分。 如果想要去解读硬件AFE部分输出的信号，将其转化成为人们所熟悉的生命体征指标，就需要算法的加持。为了尽可能为客户提供便利，艾迈斯欧司朗结合自己深耕行业多年的know-how和专长，有选择性地提供了部分算法。 而若想要把硬件的性能发挥到极致，技术支持也是考验上游厂商的独家能力。 光学模拟、光学设计参考可以帮助客户去测试灯和PD的排布形式，思考如何降低它们之间的串扰。而基于评估板做成的参考设计，已经是手表或者手环的形式，给客户做快速评估提供极大便利。“除此之外，艾迈斯欧司朗还提供了专业丰富的本地技术支持，帮助客户去解决在设计过程中遇到的任何问题。” 3、细节见真章 2024年6月，国家发改委、商务部等5部门联合印发《关于打造消费新场景培育消费新增长点的措施》，提出研发融合数字孪生、脑机交互等技术的医疗装备和健康用品、开展“健康消费引领行动“，预示着我国可穿戴健康设备行业的发展又将进入一个新台阶。 可穿戴健康监测设备的应用与科技发展紧密融合，目前，其应用场景也越来越广阔，正由基础的健康监测向精准、灵活化、个性化功能转变。 而完成产品创新，针对市场细分下不同群体，满足其相应的需求，离不开器件和模块级的不断迭代。 AS7058是艾迈斯欧司朗在AFE端的新品。不同于AS7057的仅支持PPG监测，AS7058可以实现PPG、ECG以及BioZ三合一的监测功能。 如果细看AS7057的电路图时，不难发现，在PD管脚上它自带了反向偏置电流补偿，因而能有效确保在户外强光条件下的正常使用。 而在发射端，因为可以使用LED或者VCSEL作为光源，不免让人疑惑二者的驱动有什么区别？ “VCSEL存在人眼安全的问题，因此在使用时会限制它的最高使用电流——25mA。而且AS7057同时配备的过电流保护模块，会在VCSEL通路电流过高或者持续时间过久时，通过保护机制把电流关掉，这一点正是基于VCSEL人眼安全考虑而做的设计。” 那么，在新品AS7058中，由于它主打的是高性能的运动手表等应用场景，可以从上图中看到它的整体配置都升级了。 此外，特别值得一提的时，AS7058自带了脱落检测，以应对在ECG测试过程中手表的电极从手腕上脱落的情况。 SFH 7018是艾迈斯欧司朗最新的集红光、绿光和红外为一体的三合一发射端新品。它的设计非常独特。 如上图右下角所示，有两个独立的反光杯，会对反射到其中的光线做二次甚至是三次利用，不仅在整体上提高了光的发射效率，更能从设计端避免红光/红外和绿光芯片发光时的荧光激发现象，避免它们的相互干扰。 如果客户想更便捷地获得信号，其实也可采用将发射接收一体的OFE模组形式，例如SFH 7074。 SFH 7074集成了六颗芯片，三颗发射，三颗接收，在发射端它采用白色封装，接收部分则是黑色。这种白黑的设计以及间隔细节，正体现了艾迈斯欧司朗的巧思——进一步优化信号采集端。 纵览芯片和模块设计的巧妙构思，无不体现着设计师对技术和终端应用场景的深刻理解，也更能展现出他们对创新的不懈追求。 正如王亚琴所讲，近年来在光电传感部分，艾迈斯欧司朗始终处于市场领先位置，尽管每一代产品在当时推出之时都是绝对的业界领先，但工程师们仍对其不断打磨，不断迭代，推陈出新，力求精进。 确实，伴随健康监测由基础功能转向更精准、更灵活化、更个性化的监测，唯有技术的不断进步方能带给这个行业源源不断的动力。

习惯了久坐不动？ 定时提醒功能让你不时起来活动； 失眠、多梦，睡醒还很累？ 睡眠分析给你高质量睡眠； 患有特定健康状况？ 关键指标监控及时发现异常并预警！ 可穿戴设备，如健康追踪器和智能手表，已经无缝地融入了我们的健康管理日常。它们通过精确监测我们的身体活动、心率、睡眠质量甚至是血压和血糖水平，为我们提供了前所未有的自我健康洞察。随着技术的不断进步，这些设备的功能越来越全面，它们的普及使得个人健康监测变得更加个性化、便捷，极大地增强了我们主动管理自己健康的能力。 全球各地的厂商已经敏锐地捕捉到这一趋势，纷纷开始研发和推广自家的可穿戴健康监测设备。从智能手表到健身追踪器，再到专业的医疗监测设备，市场上涌现出了各种各样的创新产品，它们不仅提升了消费者的生活品质，也极大地丰富了健康数据的类型和深度。 艾迈斯欧司朗通过其先进的光源及传感器产品，极大地提升了个人健康监测的准确性和可靠性。 艾迈斯欧司朗的技术使得这些功能得以缩小尺寸，集成到日常佩戴的设备中，如智能手表和健身手环。同时，这些设备的精确度接近医疗设备，使得消费技术和医疗技术的融合成为可能。 诚邀您参与我们最新的生命体征监测及可穿戴技术在线研讨会，与专家在线实时交流，探索可穿戴技术的边界。本次研讨会中，我们的主讲人将会介绍以下4方面的内容： 艾迈斯欧司朗生命体征监测产品布局一览 SFH7018、AS7058、SFH2705、AS6221/T等产品介绍 市场主流方案及应用场景解析 可穿戴设备及生命体征监测市场趋势及展望

毕竟，对所有人来说，健康才是一串0前面的那个“1”。 每天早晨你醒来时，手腕上的智能手表已经记录了你的睡眠质量、心率变化和血氧饱和度等一系列数据。 在“后疫情时代”，自我健康监测、运动健身都愈发重要，而呼吸、心率、血氧饱和度、血压、体温等指标的变动，是人们健康状况变化的前兆。这些数据就像你的私人医生一样，时刻关注着你的身体状况，为你提供个性化的健康建议。 而这也成为可穿戴设备切入大健康领域的“时代红利”。 1、销量与出货均表现出色的可穿戴市场 根据IDC最新发布的《中国可穿戴设备市场季度跟踪报告》显示， 2024年第一季度中国可穿戴设备市场出货量为3,367万台，同比增长36.2% ，伴随销量增长，市场出货节奏明显加快。 图1. 中国腕带市场出货量预测（2024-2028） 图片来源：IDC中国 IDC预计，2024年成人智能手表市场在较为健康库存的基础上，受到新品多样化形态和个性化外观设计的推动将增长19%。短期而言，腕戴市场在运动健康场景的现有成熟技术基础上，进一步强化其配饰属性，通过愈发精致和贴合搭配场合的设计吸引更多消费者购买。 放眼全球，根据IDC最新发布的《全球可穿戴设备市场季度跟踪报告》， 2024年一季度全球可穿戴出货量1.1亿台，同比增长8.8%。 据IDC中国助理研究总监表示，当前可穿戴市场的发展主要围绕为消费者创造更多选择而进行，包括价格的差异化、形态的多样化、表带表壳等配饰的个性化等。 但市场亟待于新的传感技术和算法出现，推动未来的可持续发展。 2、测什么？和怎么测？ 健康监测，其实就是生命体征监测，Vital Signs，包含体温、心率、血氧饱和度、呼吸率、血压等常见指标。 关于在人体哪些位置能够更容易得到优质的健康指标，艾迈斯欧司朗亚太区健康监测高级市场经理王亚琴用这样一幅图总结道（如下所示）。 除了我们所熟知的额头、耳朵、手腕、手指等部位，王亚琴指出目前国外的一些创新应用使用足背位置，利用类似于袜子的产品较为舒适地裹在脚上，为婴儿做包含心率、血氧和体温在内的生命体征监测。 若从终端产品形态来看，手表、手环早已是可穿戴健康产品系列中的“领军人物”。当下，运动耳机有搭载心率监测功能；戒指由于佩戴舒适度较高，更适于做睡眠监测；尽管可抛弃型皮肤贴在国内还并不常用，但在欧美的出货量已经具备相当规模；还有不少健康监测传感器已经和smart clothing结合起来，这都对器件的尺寸、功耗、性能等提出了要求。 3 稳增长的后盾 正如前文IDC预计中提及，以腕戴市场为例，在运动健康场景的现有成熟技术基础上，进一步强化其配饰属性，通过愈发精致和贴合搭配场合的设计来吸引更多消费者购买。 生命体征监测系统的构成离不开光源、传感器、光电二极管、模拟前端、算法、控制单元等多部件。 而艾迈斯欧司朗是可以提供其中大部分模块的（如下图中绿色打钩部分所示）。 特别是对于算法部分，为了协助客户敏捷开发，快速响应市场需求，艾迈斯欧司朗结合其对于医疗行业的深耕优势，有选择性地开发了一些算法，比如心率血氧算法。 在硬件产品端，不论是分立器件还是半集成式模组，艾迈斯欧司朗都能一站式提供。 “集成发射器件和接收器件的半集成式模组——OFE光学前端，因为贴装便捷，可一片式搞定，同时由于没有集成模拟前端AFE，从而保有一定的设计灵活度，而深受特定客户群体的喜欢。” 据王亚琴介绍，自2014年开始，艾迈斯欧司朗每年都会发布系列新品，不断更新其生命体征监测的产品路线图。“对生命体征监测来说，它对LED及PD（发光二极管）的参数需求跟照明领域完全不同，我们是针对该领域的特定需求去对应研发优化，持续提升性能。” 4 因地制宜的产品设计 若要实现通过愈发精致和贴合搭配场合的设计来吸引更多消费者购买，就需要满足各类场景需求的器件。 以光源部分为例（如下图所示），1608封装的FIREFLY®CT DELSS1.12，由于尺寸较小，仅为0.8mm x 1.6mm x 0.6mm，非常适用于耳机、戒指等对空间要求比较高的场合。 而当你要监测血氧时，可能就需要类似SFH 7015这样集成红光和红外光的二合一且小巧的产品。 三合一的SFH 7016，集成了绿光、红光和红外光，目前已在市场上流行。“这款三合一的产品最早是由艾迈斯欧司朗研发出来，它的产品形式和尺寸现在已经成为市场通用。” 此外，在针对部分运动场合，或者对于深色皮肤的消费者来说，其健康监测对绿光的亮度需求更高，因而艾迈斯欧司朗对应推出了四合一产品SFH 7017，其中就包含两个绿光的版本。 不过，两个绿光集合的产品也有其局限性，何不设计一个超高亮度的绿光芯片？ “所以就有了我们2023年推出的新品SFH 7018。” 若是希望在健康监测系统中直接采用电池电压，而不需要加任何的升压电路，就选用SFH 7018A，它的突出优点便是在大电流情况下保持低电压特性，SFH 7018B则是正常电压版本的产品。 从上图左下角的对比表格中，SFH 7018相比SFH 7016在绿光亮度上几乎实现了翻倍，而在红光和红外光的亮度上则分别提升了24%和46%。 健康监测的应用需求有较多细分，有的客户更关注性能，有的客户则可能说成本关键。因此，满足不同客户的需求成为了像艾迈斯欧司朗这样全球领先的智能传感器和发射器厂商的工作重点。 上述对不同细节的考量，在接收端（PD）也是随处可见。 以智能手表为例，不同的形状设计，不同的排布形式，都会对其中所需的器件提出不同的要求，外观、功耗、价格都是需要考量的要素。 此外，艾迈斯欧司朗还在PD端研发了芯片级滤光技术，通过在芯片镀膜（大约5微米厚度），来实现不同的滤光特性。 “我们在可穿戴健康监测中都使用芯片级滤光技术，因为可穿戴本身就更讲求极致性能。” 在类似SFH 7074这样的一片式半集成光学模组中，6个芯片集成在其中，红光、红外光、绿光，2个红外截止的PD和一个全光谱的PD。 因此，在这个产品设计中考虑的细节会很多，比如芯片间距，以及上图产品图中所示用于降低cross talk的挡墙。 “这种黑白镶嵌的产品设计目前整个市场上我们仍是首家推出，白色的发光部分是为了提升它的发光效率，PD部分做成黑色则是为了降低杂散光被接收后所引起的噪声。” 当然，虽然这是半集成式的产品设计，但对于部分客户想要通过分立器件去搭建这部分模块时，仍可参考借鉴其中的设计理念，从而更好实现方案的可靠性和精度。