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Apple Watch再領(lǐng)風(fēng)潮,可穿戴體溫監(jiān)測成新寵

2022/09/29
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2022年9月8日凌晨的“超前瞻”(Far Out)發(fā)布會上,蘋果正式發(fā)布了Apple iPhone 14系列,而驚喜并不止于iPhone 14,搭載體溫傳感器的Apple Watch Series 8手表新品也如約呈現(xiàn),令人眼前一亮。

以Apple Watch為代表主打智能助理、健康、安全和運(yùn)動等多功能定位的智能手表可穿戴設(shè)備再度引起風(fēng)潮。值得注意的是,此次Apple Watch Series 8手表在更新升級中加入了全新的體溫傳感器,進(jìn)一步滿足了后疫情時(shí)代消費(fèi)者對自身健康實(shí)時(shí)關(guān)注的需求。

搭載溫度傳感器的可穿戴設(shè)備可以為消費(fèi)者帶來不一樣功能體驗(yàn)——實(shí)時(shí)守護(hù)人們健康每一刻,我們來看看溫度傳感器在可穿戴設(shè)備中將發(fā)揮哪些作用,又是如何實(shí)現(xiàn)的?

體溫測量是健康管理重要維度

說起體溫測量,其主要的日常用途還是獲取體溫?cái)?shù)據(jù),便于使用者自我觀察健康狀況,在必要時(shí)共享給醫(yī)院或私人醫(yī)生,作為判斷健康狀況和進(jìn)一步治療的有用指標(biāo)。

基礎(chǔ)體溫測量更是女性健康必需,例如Apple Watch Series 8可以對體溫進(jìn)行溫度閾值監(jiān)控,即通過內(nèi)置傳感器和溫度比對實(shí)現(xiàn)對人體溫度的監(jiān)測。比如通過體溫傳感器監(jiān)測女性生理周期的溫度變化,從而更準(zhǔn)確地了解自己的排卵期,或通過體溫監(jiān)測實(shí)現(xiàn)對睡眠質(zhì)量的監(jiān)測。

重要的是,對體溫測量的需求遠(yuǎn)不止于女性。疫情的波動反復(fù),使體溫測量成為了健康監(jiān)測管理和多維預(yù)防的重要手段。人們可以通過具有體溫測量功能的可穿戴設(shè)備隨時(shí)隨地了解自身健康狀況,實(shí)現(xiàn)自我防護(hù)。

如何應(yīng)對可穿戴類設(shè)備測溫應(yīng)用的挑戰(zhàn)?

可穿戴類設(shè)備測溫應(yīng)用經(jīng)常會遇到一些挑戰(zhàn),對測溫傳感器提出了更高的要求。

首先,影響測溫精度的因素很多,特別是環(huán)境溫度。以納芯微溫度傳感器的NST112x為例,其高精測溫區(qū)間誤差典型值為0.1℃,主要是偏移誤差;但這并不是不確定度誤差,不確定度(復(fù)測跳動)為1個(gè)LSB(最低有效位),為±0.015625℃。而準(zhǔn)確測量溫度精度需要精準(zhǔn)的溫度環(huán)境,一般使用恒溫槽進(jìn)行測量。

第二是誤差的標(biāo)定,可用標(biāo)定方案有多種,目前納芯微提供的解決方案,溫度誤差典型值為0.1℃,推薦客戶做一次單點(diǎn)標(biāo)定,使其精度達(dá)到0.1℃以內(nèi)(醫(yī)用體溫計(jì)規(guī)范37-39℃范圍內(nèi)<0.1℃,35-42℃范圍內(nèi)<0.2℃)。

當(dāng)然,可穿戴類設(shè)備的使用中也要注意影響測溫精度的其他一些因素,例如,設(shè)備的溫度傳感器需要與待測熱源緊密耦合,以保證最優(yōu)的熱傳導(dǎo)路徑;溫度傳感器還應(yīng)遠(yuǎn)離其他熱源,并盡量縮短工作時(shí)間,降低其自發(fā)熱。

在測量準(zhǔn)確度方面,手腕測溫與腋下測溫存在溫差,主要適用于連續(xù)體溫監(jiān)測,特別是監(jiān)測變化量,測量絕對值需要用戶進(jìn)行標(biāo)定。另外,對溫度準(zhǔn)確度要求較高客戶,推薦使用2顆溫度傳感器分別測量環(huán)境溫度和皮膚溫度,通過補(bǔ)償即可得出較為準(zhǔn)確的體溫值。

不是什么樣的溫度傳感器都能用

手表可用空間非常有限,用在其中的溫度傳感器首先需要體積小,當(dāng)然還要滿足其他一些特殊要求,包括高精度、超低功耗、響應(yīng)速度和使用方便。

納芯微的接觸式體溫測量方案是采用高精度數(shù)字溫度傳感器NST112x-CWLR的解決方案。該方案具有溫度響應(yīng)速度快、測溫時(shí)間短、低功耗、高精度、自發(fā)熱小等特點(diǎn),特別適合手表、手環(huán)類以及藍(lán)牙體溫貼等產(chǎn)品使用。

NST112x是一款低功耗高精度數(shù)字溫度傳感器。其可兼容I2C和SMBus接口具有可編程警報(bào)和SMBus重置功能,在單路總線上最多可支持4個(gè)器件。

在精度方面,無需校準(zhǔn)即可在-20℃至125℃范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高達(dá)±0.5℃的精度。由于是高線性度溫度傳感器,NST112x不需要重新組合計(jì)算或查表就可以導(dǎo)出溫度。其14bit模數(shù)轉(zhuǎn)換可提供高達(dá)0.015625℃的分辨率。

NST112x溫度傳感器正常工作溫度范圍為-40℃至125℃,使其適合在通信計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類產(chǎn)品、環(huán)境、工業(yè)和儀表工作中運(yùn)行。由于NST112x是一款極低功耗的傳感器,可用于電池供電物聯(lián)網(wǎng)的測溫應(yīng)用。

NST112x的特點(diǎn)和典型應(yīng)用

以下是NST112x系列的特點(diǎn):

  • 提供SOT-563和DSBGA-4(0.75mm×0.75mm)兩種封裝,其中DSBGA-4可實(shí)現(xiàn)體溫范圍內(nèi)高達(dá)±0.1℃的輸出精度

配圖1:納芯微NST112x系列的DSBGA-4封裝

  • 采用SMT工藝,裝配精度容差性強(qiáng),適用于大規(guī)模量產(chǎn)
  • 采用接觸式測溫?zé)醾鲗?dǎo)路徑,芯片焊盤通過FPC過孔覆銅傳導(dǎo)到背面,再通過不銹鋼片接觸皮膚
  • 芯片背面(焊盤面)通過FPC貼合手腕,在室溫23.5℃條件下,實(shí)測手腕溫度為33.0℃,補(bǔ)償后為36.48℃,與腋窩體溫相符

配圖2:納芯微溫度傳感器校準(zhǔn)監(jiān)測體溫

  • 溫度達(dá)到63%的響應(yīng)時(shí)間為0.1s,達(dá)到體溫(99%)的時(shí)間為12.73s

接觸式測溫需要優(yōu)化熱傳導(dǎo)路徑

手表采用接觸式測溫作為熱傳導(dǎo)路徑,根據(jù)傅立葉定律的熱導(dǎo)率定義:

配圖3:傅立葉定律的熱導(dǎo)率定義

因此,材料和路徑是影響熱傳導(dǎo)的主要因素,除此之外,熱隔離也是重要的因素。

配圖4:不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)

皮膚傳導(dǎo)的導(dǎo)熱路徑有兩條,一是皮膚→不銹鋼→FPC柔板→溫度傳感器芯片;二是皮膚→溫度傳感器芯片焊盤→導(dǎo)熱膠→裸DIE。

配圖5:皮膚→溫度傳感器芯片焊盤→導(dǎo)熱膠→裸DIE的皮膚傳導(dǎo)的導(dǎo)熱路徑

為了保證導(dǎo)熱效果,建議使用金屬導(dǎo)熱材料接觸皮膚,優(yōu)選材料是不銹鋼,而使用導(dǎo)熱硅脂、硅膠并不能提高導(dǎo)熱能力。

配圖6:納芯微NST112x系列封裝小,適用于可穿戴集成度高的電子產(chǎn)品

納芯微其他的溫度傳感器產(chǎn)品型號還包括NST1001/HA、NST118、NST117系列,主要適用于包括智能眼鏡/AI、智能手環(huán)/智能手表、藍(lán)牙耳機(jī)TWS和藍(lán)牙貼膚測溫等應(yīng)用。

配圖7:納芯微溫度傳感器產(chǎn)品的應(yīng)用

可穿戴手表搭載體溫傳感功能為消費(fèi)者帶來了更多的體驗(yàn)和選擇。未來,體溫傳感器有可能成為多種便攜式設(shè)備的標(biāo)配,為人們的日常生活帶來更多的便利,而納芯微的豐富溫度傳感器產(chǎn)品也將派上更多用場。

納芯微電子

納芯微電子

納芯微電子(簡稱納芯微,科創(chuàng)板股票代碼 688052)是高性能高可靠性模擬及混合信號芯片公司。 自 2013 年成立以來,公司聚焦傳感器、信號鏈、電源管理三大方向,為汽車、工業(yè)、信息通訊及消費(fèi)電子等領(lǐng)域提供豐富的半導(dǎo)體產(chǎn)品及解決方案,包括磁傳感器、壓力傳感器、溫濕度傳感器、傳感器信號調(diào)理芯片、隔離器、通用接口、工業(yè)汽車 ASSP、放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、電壓基準(zhǔn)、柵極驅(qū)動、電機(jī)驅(qū)動、LED 驅(qū)動、供電電源、功率路徑保護(hù)等。納芯微以『“感知”“驅(qū)動”未來,共建綠色、智能、互聯(lián)互通的“芯”世界』為使命,致力于為數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界的連接提供芯片級解決方案。了解詳情及樣品申請,請?jiān)L問公司官網(wǎng):www.novosns.com

納芯微電子(簡稱納芯微,科創(chuàng)板股票代碼 688052)是高性能高可靠性模擬及混合信號芯片公司。 自 2013 年成立以來,公司聚焦傳感器、信號鏈、電源管理三大方向,為汽車、工業(yè)、信息通訊及消費(fèi)電子等領(lǐng)域提供豐富的半導(dǎo)體產(chǎn)品及解決方案,包括磁傳感器、壓力傳感器、溫濕度傳感器、傳感器信號調(diào)理芯片、隔離器、通用接口、工業(yè)汽車 ASSP、放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、電壓基準(zhǔn)、柵極驅(qū)動、電機(jī)驅(qū)動、LED 驅(qū)動、供電電源、功率路徑保護(hù)等。納芯微以『“感知”“驅(qū)動”未來,共建綠色、智能、互聯(lián)互通的“芯”世界』為使命,致力于為數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界的連接提供芯片級解決方案。了解詳情及樣品申請,請?jiān)L問公司官網(wǎng):www.novosns.com收起

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