半導體技術的進步讓重量輕、尺寸小的可穿戴超低功耗電池供電嵌入式系統成為可能。這些系統通常具有功能強大的超低功耗微控制器，其連接一組非常復雜的傳感器，同時通過到外部系統的低功耗RF鏈路進行通信。功能強大的超低功耗微控制器、超低功耗模擬身體信號傳感器和創新型電源與電池管理電路相結合，共同推動了可穿戴醫療保健市場的發展。

可穿戴式醫療設備可以監測身體信號多年，為醫師提供有用的健康診斷信息。同樣的監測設備還被應用到了高性能運動應用中，幫助優化身體機能。可穿戴身體信號監控產品現在能夠以更低的價格為健康和機能優化市場的用戶提供同類型的信息。

對于健康感測和監測，一般在臨床環境下監視的信號幾乎都可以通過可穿戴產品獲得。這些傳統信號包括：

脈搏/心率

血氧

壓力

心電圖（EKG/ECG）

體溫

紫外線（皮膚暴露）

圖1 可穿戴醫療保健監視平臺框圖

可穿戴醫療保健監視平臺系統構成

這個系統由高性能、復雜集成電路實現。系統中IC的功率已經得到優化，可以采用小巧的輕質可充電鋰離子電池或可更換的不可充電紐扣電池提供身體信號監測功能。

雖然許多產品的主要特性是通過固件算法來實現的，但物理設計提供了一個平臺來承載這些特性。一旦平臺開發完成，它就可以重新用于各種不同的產品。

電源和電池管理

功率對于任何可穿戴醫療保健平臺而言都是一個非常重要的方面。這類產品必須小巧，而且不是侵入性的，因此必須采用非常小而輕便的電池。電池的可用電荷與平臺的功耗特性決定了產品的可用性。人們通常希望任何可穿戴產品至少可以工作一天才需要充電。采用不可充電電池的產品應該具有數月的電池壽命。

對于采用可充電電池的設備，電池管理系統必須包括1個電池充電器和1個電池電量計。電池管理系統必須允許設備邊充電邊工作。

由于電池是一個電壓輸出不斷下降的電壓源，因此電源系統必須能夠調節電池電壓。穩壓器的效率必須很高，以便將電荷利用最大化，并且還必須提供設計所需數量的軌道。可充電鋰電池的可用電壓范圍為4.2V~3.2V。大多數可穿戴產品都使用低于單節鋰電池最低電荷的主電源軌，所以可穿戴設計中的主軌來自于降壓穩壓器。可穿戴產品中的某些功能需要的電壓電平可能高于單節電池提供的。為了提供這些電壓電平，電源管理功能必須至少含有1個升壓穩壓器。所需電源軌的數目取決于設備的功能，但是為了實現最佳效率，它需要盡量減少所需電源軌道的數目。

處理器

為該應用選擇微控制器時，用電量和處理能力是最重要的決定因素。應該采用一種系統分區策略來決定哪些系統功能最好要集成到微控制器中，哪些則可以從外部處理。因為可穿戴健康設備對讀取身體信號，所以任何片上數據模擬電路的功能也要考慮在內，方可確保它們能準確處理低級身體信號。

對于微控制器而言，提供2種通用低功耗策略：

一種微控制器中包含所需要的全部或大部分精密模擬電路；

另一種低成本微控制器不具備精密模擬功能。

如果選擇了成本較低的微控制器，精密信號轉換必須在外部信號處理鏈上進行，以數字方式將傳感器信號輸入到微控制器中。超小、高精度、低功耗模擬電路可用來支持該選項。

可穿戴應用最常用的微控制器采用針對低功耗進行了優化的ARM架構。根據器件處理要求的不同，處理器將介于16位到32位之間。處理器將整合多個功耗模式，系統軟件會具有可編程關斷和基于傳感器的喚醒功能。

傳感器和傳感器接口

許多傳感器可用于監測可穿戴器件內的身體信號。用于獲取身體信號的傳感器技術已問世多年，但直到最近才可以利用傳感器提供良好的信號，而無需消耗大量功率。

傳感器技術可用于測量：

血氧

心率

ECG/EKG

壓力

溫度

來自這些傳感器的電輸出非常小，在毫伏范圍內。然而，許多這些常見傳感器已在單個封裝內整合了放大和轉換電路，這樣它們就可以輸出更高級的模擬信號或者串行化數字信號。這些傳感器的接口電路專門用于超低功耗操作。

至于心電圖傳感器，這些基本上都是物理皮膚接觸，采集皮膚區域周圍極小的電場并將信號傳輸到EKG信號鏈上。低成本可穿戴心電圖僅限于2至3個接觸點，并且不提供有9至11個傳感器分散在身體各處并附于戰略點上、成本較高的專業ECG/EKG系統的分辨率。

通信

現代可穿戴器件一般全都提供一個微型USB端口，用于海量數據傳輸、固件更新和電池充電。此外，許多可穿戴健康產品采用低功率無線收發器，以便在使用該設備的過程中實時發送和接收數據。無線傳輸允許數據傳輸到更大的顯示屏或者遠程數據采集設備上。低功耗藍牙就是用于該目的的新興標準。此外，NFC（近場通信）提供范圍有限的無線連接，非常適合短內容傳輸，如配置信息和記錄的數據檢索。

Maxim MAX66242安全RFID標簽可以驗證用戶身份，從而通過NFC只接受來自于已驗證源的通信。

用戶接口

可穿戴產品的用戶界面會根據所需功能的變化而變化。低功耗設計至關重要，所以顯示器尺寸要最小化。根據產品的不同，用戶界面將包括1個單行LCD顯示器與幾個控制按鈕。需要顯示更多信息的產品會具有1個低功耗TFT顯示器，很有可能包含觸摸屏功能。

由于處理能力已變得如此便宜而又功能強大，所以許多可穿戴器件最終可能會具有語音命令接口。

主要元器件

健康測量微控制器MAX32600

MAX32600微控制器基于工作頻率高達24MHz的行業標準ARM Cortex-M3 32位RISC CPU。它包含256KB閃存、32KB SRAM、1個2KB指令緩存和集成式高性能模擬外設。

MAX32600采用192焊球12mm×12mm CTBGA 120焊球7mm×7mm CTBGA和108焊球WLP封裝。

除了Maxim提供免費的工具，MAX32600還支持IAR的嵌入式Workbench。IAR嵌入式Workbench在1個IDE內整合了1個編譯器、1個匯編程序、1個連接器和1個調試器。它簡便易用，提供了先進、高效率優化功能，與硬件、RTOS產品和中間件高度集成。面向ARM的IAR嵌入式Workbench提供幾種版本，包括專門用于ARM Cortex-M內核系列的產品套裝。