TI 健康与健身解决方案

在我进主题之前先问一下接下来主要是讲医疗方面的东西 来的客户里面有没有相关的东西 主要是一些那个运动还有一些诊断级的 血氧 ECG、脑电之类的那种 如果有 来了的话 举个手 一个，两，三。OK！好！ 我今天讲的topic是关于那个医疗方面的 portable医疗的东西 所以说 我不知道是不是跟你们的需求吻合 如果说你觉得有问题有什么需要讨论的 那就打断我一下或者说回头我们私底下讨论都可以 那就是今天的Agenda那第一个呢主要是 讲一下TI在测血氧饱和度的方案solution 大概有哪些东西 然后第二部分就是说 在我们生物传感方面的solution 那这里边主要是讲那个ECG还有那个脑电EEG 也包括我们有些健康医疗跑步机需要测心率的东西 我们也有一些方案 那后边的就是说第三部分就是说 现在有一些那个同事很注重关心自己的那个身体 那个机理的构成体重 减肥 脂肪有多少 那所以说这里面TI也是有一个solution 所以今天我这边给大家介绍这三个solution 第一部分就是说这一页Slice主要是告诉大家 那就说我们TI的这个方案测血氧大概是靠什么基本原理 来测量这个血氧的 这里面有个示意图 就是说你可以把你的手指伸出来 这个手指伸出来 外表面就是我们的皮肤 包括这个血管 那你这个血液 这个是动脉这个是静脉 那个回血 也可以说我们血液里面有很多血红蛋白 那这个里面不同的红点来表示我血液里面血氧蛋白的浓度 那你可以看到左边这个浓度没有右边的高 大家可能还知道血红蛋白主要作用就是从我们 人体的肺部把氧气送到每一个人体器官去进行有氧合成 或者去提供养分给它 这个氧气给各个部分 所以说我们这个手指基本上就是一个容器 把血液供应给容器 我们把不同波长的光束透过这个容器以后呢 就可以发射在接收端 根据不同的透射传导的光的强度我们能判断出我们的血氧是多少 所以说呢 这里面比较稀的话就透得比较多 我血氧比较多的话就透得比较少 所以说这页PPT告诉大家 这芯片是靠什么原理来检测这个东西 针对不同的市场定位基本上TI把这类产品分为三档 最高的一档就是在医院里面诊断级的 也就是说所谓医院诊断级的 它要靠这个数据来给大家把脉看病 所以说这个东西可靠性跟精度稳定性是要求比较高的 相对来说 那我们对这一款的那个 你可以看我们的产品定位它的performance是最好的 中间一档的就是家庭的保健医疗方面的 就是说如果血氧浓度不高 有些病人刚出院 在家里可能要保养一段时间 要监控一下血氧 那可以选择自己的一个定位 最后一个就是保健运动型的 现在这个腕表很流行 我运动型的腕表我要测我的血氧 在运动过程中测我的血氧 还要知道我脉搏跳动的脉率 或者说脉搏波 所以说这里面 就是说这就是一个定位 接下来可以看到 刚才是给大家看了不同的市场定位 那这里边市场定位也带来我们TI产品不同的市场定位 那基本上这个4490就是给诊断级来用的 那说以说基本上它的performance是最好的 那4400 那这个是给指甲的 也就是说穿透式的 在指甲当穿透式的 那下面一个 4403 是前一代的现在第一代4404 下一代4404 一般在运动的 运动的手环啊 或是运动表里面 基本上现在我们客户用得比较多的是4404 在封装还有低功耗等方面做一些优化 所以说这样一来 就是说我们把手表做得更小 也同时可以把电池时间做得更长 那具体产品来看的话 就是说 你可以看 其实它这个工作原理还是比较简单的 那基本上就是说这是一个集成的ASIC 它其实是分两部分 一部分就是说是接收链路 还有一部分是诊断链路 那这黑颜色的框框部分表示我额外的一些功能 比如说 我的一些保护啊 就是说我这个LED 光电二极管开路短路一些诊断保护的功能 这里面有些时序控制 在这里面 这是一个框图 我做MCU 选在这里面 我可以跟它 驱动它 我是一个 H 桥 H 桥驱动以后呢 就是说它有两个二极管 因为 那个 血红蛋白对不同波长的光啊 吸收程度是不一样的 那所以说这里一般来说是用660或930的纳米的光 然后给它做透射 做反射 而且这里就是说 我这里面驱动的电流也是可调的 这里边你可以看到 我驱动的电流可调的话 在这里面可以看到就是说 我有8比特的Deck，一个DAC去调 它这个驱动光的电流 为什么说 要调这个驱动光的电流呢 因为 我们去做一个诊断的东西 那可能是全球通用的 那不同的肤色 对不同的光的透射反射的程度都不一样 如果说客户我这颗芯片是用在诊断级的 其实整个系列工作原理是一样的 那如果说你做运动的表 从中国是黄色肤种卖到非洲是黑色肤种 那你这个光打过去 落了以后就完全吸收了 那这个就没有反射光了 所以说 它需要去调 这种自身去调驱动的电流 这是一个接收通道 接收通道呢就是说它有一个光敏二极管 它是波束响应的 它这个里面有个电流转电压的一个部分 电流转完电压以后这个部分有一些信号调理 它可以把 不同等级的输入信号调到 我后边AD合适的信号 同时还要包括一些环境光的过滤 所以这里面是ADC往后走所以这是一个基本的工作原理 那芯片的高中低的搭配 那基本上就是说 驱动其实是一样的 主要是在这里面 那如果说我高端的 也就是说 我脉冲的频率会高一些 包括我那个折合到电流的话 就是我那个电流的分辨率 如果分辨率高那我的等级就高 它是由哪几个方面来决定的呢 就是由我这个 我这个pi 就是说这个光电流转电压的 包括我前面包括我ADC的噪声水平 来决定的分辨率所以说这里面能分辨得出 高中低的一个搭配 这一个就是我们一个的整体的solution 这是高端的 还有就是中端的 4400这是穿透式的 这是基本上的参数 感兴趣 就是把规格书下下来自己看一下 那 这是低端的4403而且我们还有4400 4404 这一个着重讲4404 它这个是表示对这个运动型腕表啊这些运动去推的 那所以说这里面这个 它就是在 它的上一代4403的基础上又增加了这个功能 那这个功能有什么好处呢 它在那个接收端 每一个通道它都有一个Deck 这个Deck就是跟数值 通过Deck来控制它的电流 为什么要控制它的电流呢 就是说 我们腕表因为跟手腕不能靠的很紧 有些环境光会进去 所以它可以通过Deck把这个环境光做校正 就是说我们的Offset可以把它校掉 所以说这里面就是环境光的影响 对我这个呢 影响就很大 然后第二个就是说 我们这个 就是封装 因为大家追求PCB面积比较小 所以说封装我们也减小了 第三个变化就是这个温度范围 我这个由于针对这个 我们一般 人待的地方环境还是可以的 所以说我们 从范围 工业级的话-20度到70度的范围 所以说基本上就是把这个芯片增加了这个功能 把这个定位成消费级的腕表啊 这些东西 所以说这个是血氧饱和浓度的动态solution 其实对客户来说我们这个硬件其实集成度非常高 难度不大 那真正的难度在什么地方呢是在MCU的算法 就是TI是有一个基于430的静态算法的一个库 可以提供给大家也就是说你可以结合430把这种 把demo给你你带在手上不能动 就能把你的心率血氧一起测出来 那如果说我带了这个表在跑步机上去跑还要把它测出来 那要用到一个动态的心率 动态的心率TI现在还没法提供都是由第三方来提供的 有现成的 也是经过其他客户用过的动态算法来完成 只不过商务合作方面有不一样 一种方式就是说客户跟第三方去签协议 有付一个NRE 然后以后每台都要钱这是一种合作方式 那如果上量 还要非常大那你可以跟TI去谈 TI把这个算法买下来然后统统折合到芯片里面去 就是说你不要跟第三方去谈跟TI去谈 谈完以后 芯片里面 每个芯片折合多少钱 哪些return给你这样就是说你们商务方面比较好处理 所以说像这个东西难点就难在这儿 那这张图就是说 如果我们把血氧的sensor放在人体不同的部分 那其实它对信号的幅度也是不一样的 那所以说 一般来说我们在这里面就是说 一般外表的话在这里面是信号比较微弱的 那也就是我们在具体的调试过程中就说我那个 因为这里面就是说这是一个发射还有接收 接收端对于光学部分是有讲究的 因为光学部分从发射站返回来 光学部分如果不去规划的话其实对那个背景 因为远比我 手腕这边信号比较小要特别注意接收端光学部分的优化 这个TI 如果有客户想要这个芯片在之前可以跟TI探讨一下怎么优化 当然你可以买具体的一个module 基本上这个就是一个血氧的方案 总结一下 那也就是说TI在血氧方面呢 就是说低功耗 然后不同的肤色我是能用的还有一个就是说运动的算法 因为血氧算法对运动的干扰我有算法可以把它消除掉 还有一个就是说因为腕表前面有玻璃 因为你要发射再回来 有个玻璃2次反射在里面 那这里面的话我们客户已经验证过 非常满意所以说这里有成功的经验给大家 那所以这里面的话 我们4404的优势在什么地方呢就是我们肤色的自适应 说白了就是我把我确定的电流的范围加大了 从50毫安调到了大概是100毫安 刚才讲的血氧的 接下来讲ECG 就是医院里面做心电图方面的solution 这一页是给大家说其实我们体检做心电图 它的信号还是比较微弱的 而且心电跟脑电有个很大的区别 它主要在幅度范围跟频率的范围 那所以说我们一般看到心电就是说范围大概是0.01到5毫伏 这个 一个动态范围 那我们脑电的就更小了它俩的频率范围差不多 只不过它的低频不一样 那也就是说 我的心电我有个高通滤波器 我的高通滤波器的时间常数要更小 因为这里面是在0.05赫兹就是说这个是在芯片外面的 是靠RC网络来完成的 那还有一个就是说这个信号非常微弱 而且它是叠加到共模电压上的 就是我们人体像一个电池一样的 就是一个电池有一个很大的共模电压 那这个微小的信号叠加到共模信号上面去 言外之意就是说 这个芯片还需要很好的共模抑制比的功能 后面呢 我们可以看一下 这个就是我们看到的芯片的一个波形 具体我就不去说了 我们可以看下这个 其实这里就是说我12导怎么组合来得到12导 其实这里面有很多种接法 那你可以减少通道来通过运算来得到12导 你也可以通过通道与通道的计算来到12导 所以说这里面可以看到有8个计算出来 有4个 这里面是通过VNS电桥来实现的所以说能得到12个导 那后面的芯片基本上这样其实TI有1298 其实这很好理解 12表示24比特最后一个数字8表示8个通道 那1293是另外一个产品 就是说12跟11是以前老TI的产品 1293是以前国办在没有合并到TI里来 他们自己做的产品 所以说这两个产品的代是不一样的 所以12是以前老TI的代1293是国办的代 所以说这是一个系列11系列就是16比特 那在一些保健还有一些运动器械里面可以选择它 成本比较低 那如果你要诊断级的话你可以用24比特的 而且我们还有12991299是什么呢 就是说可以看到这里红点点是表示呼吸 我们医院里面就是有一个Patient Monitor 要检测病人呼吸的这个频率 那呼吸频率的话也就是通过这个Patient Deck 来做的 就是说来测这个人体的阻抗 那呼吸过程中人的阻抗是变的 所以通过这个频率就算出呼吸的频率 这个就是1298的一个整个solution 所以说 98是表示8个通道 在这里面这个部分是表示Patient Deck 那个部分是表示你可以搭一个 这个应该是右角驱动 应该是右角驱动 然后这里面是一个VNS电桥 就是刚才把这个计算得到的 所以说芯片的performance从哪边看从噪声 共模抑制比 从这边来看 然后你这个通道数 就决定了你有几个导那所以说还有一个功耗 我们把1298还有93还有11之类的东西从这几个指标中区分出来 所以说我们的方案比较集成 基本上比你原来理想的方案省了很多PCB面积 也便于调试 可靠性会更高一些 而且这个功耗 由于采用低功耗标准 你可以看到在这里 也就是说我们每通道基本上是0.7毫瓦 也就是说有些疗养院做一些那个就是背在身上24小时监控那个东西 也就是说电池基本上用几天都没有问题 那接下来1291 那这里边就是说我们测心率嘛 测心率有好几种方法 这里面就举一个例子 那就是说 我可以通过我刚才讲的那个腕表 腕表的话可以通过血氧来测心率 那可以导在这里边那耳朵这边 都可以去做 总体来说总共分为两种solution 一种就是通过生物积电也就是我们人体的微弱的信号 去测这个心率 那还有就是光电 光电就是通过手腕 要么反射 要么穿透 这种方式来做 真正考虑的因素就是这个精度怎么样 方不方便 然后我电池能撑多久 然后我往外传方不方便 所以说这里边就列出了优点跟缺点 所以你可以去比较一下 那这个就是我们1291 1292呢 其实就是一个129x的验证板 这是我们把整个通道全部拿掉 拿掉以后 把1290的部分呢把它留下来 所以说 这里留下来两个通道 然后同时这个导呢检测温度还有一个测试信号 作为一个产品出去以后要自检 要拼装 内部有一个自检信号保证我这个系统是能工作 那其他的都一样 都没什么大的东西 那这里还有个人体的阻抗测量 这是 就是这个东西 这是人体阻抗测量 它是分为两部分 那第一部分就是我们家的起重秤一样 就是一个秤 那这里边就是秤的一个传感器 秤的传感器呢 就是说我给个激励 它踩上去以后就是两个桥臂电阻发生了变化 这里面就有一对微弱的差分信号进来 这部分就完成了一个称体重的功能 然后下面的部分就是关键部分 就是测我们身体的成分 比如说现在有些健身房也有这个服务 就是你第一次成为他们的会员教练会带你去称一下 做一个 归个档 记录一下 这样一来的话你去称个体重同时把你的人体的成分 脂肪 水 还有什么成分是多少占了多少比例 他就给你记录下来 那也是靠这种功能来实现的 那基本上就是说这里面我有一个信号源 一个信号源的话呢你可以认为就是一个DDS 也就是这里有个Deck 我这边有个DAC然后我内部有个正弦波的表 我测出来 比如说 到5K的频率 在这里边测好以后 那边就查表 查表以后往外送 送了以后这里边就是我的激励部分 就是我的信号源的部分 这个Z 就是我们人体就是我们的一个负载 然后我通过我扫频过去以后 我们人体对不同的频率产生不同的阻抗 然后我们把这个阻抗再采回来 采回来以后 就是说这个芯片是有讲究的 这里就是说 这里有IQ的一个调制解调过程 经过调制解调的过程后 再进ADC在后边要去做复数的FFT变换 然后得到需要的一些东西 那所以说通过这些方式可以得到我身体构成的成分有多少 基本的功能 原理是这样子的然后它的基本参数在这里边 也就是说上边秤的部分就是跟这边对应 然后下边人体构成成分在这里边 所以说 基本上就是说完成了这个功能 其实在做剧烈应用的时候 就是硬件 TI基本上都把它想得比较完整了 难在什么地方 就是对不同人种的特征参数的一个数据库的问题 所以说在这个产品里面 就是说 你首先就是 如果需要硬件平台TI可以把这个EVM板给你 回去以后 基本上跟电脑连起来嘛 然后连起来以后你可以基于library先做一个出来 基本上功能都能跑通 至于成分的精度多少就取决于你的数据库 你把数据库解决这个问题就解决了 比如说TI给你提供最节省的方案最快的时间 比如说硬件方面 最快的时间来上市就是说这里面芯片的关键所在 就是它的卖点就在这里 OK 我讲得比较快 后面没几页了 这一个就是TI的一个EVM板 那基本上就是我们电脑上的那个工艺 然后这是我们的板子那这是模拟的东西 你阻抗模拟的东西 然后这是秤接进来 四线制一个电源一个地两个输入 然后通过USB连到电脑上来基本上这个硬件都能跑通了 你只要解决后边这个算法的问题 就OK 这里面是我们测的一些数据 这个东西其实只能看一看不能当做实际用在产品里边 还有很长的路要走 那所以说我们硬件平台跟你搭好了 你可以把握的就是硬件平台 然后所以说可能的应用就是说 一些健身房还有一些家里面消费类的东西 那基本上可能会用到它 这个我今天就讲这么多 主要是三类 一类是血氧 第二类是ECG或者是做脑电的 第三类是人体构成成分的一个测试的硬件平台