《Apple Watch 4中的PPG和ECG健康监测传感器》
2019-06-21 12:48:41   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

麦姆斯咨询:Apple Watch Series 4在PPG方面产生了新的变化:更加紧凑的设计使得表面积减少30%,零部件数量从14个减少到6个,而且增强了心率监测功能。另外,该智能手表还集成了电极式心率传感器,借助全新的心电图应用程序(App)可进行心电图(ECG)检查。

Apple Watch Series 4’s PPG and ECG Health Sensors

——逆向分析报告

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首款获得FDA认证并在消费类市场中出货数百万只的智能手表

首款获得FDA认证并在消费类市场中出货数百万只的智能手表

据麦姆斯咨询介绍,苹果公司在2018年9月发布了Apple Watch Series 4,该款智能手表经过重新设计和打造,旨在帮助用户保持更紧密的联系,更加充满活力,并以强有力的新方法来管理自己的健康状况。在延续以往经典设计的基础上,Apple Watch Series 4更进一步优化,将各种全新硬件和软件增强功能与外观浑然一体地融合在一起,例如全新的MEMS加速度计和陀螺仪能够检测用户是否摔倒。值得关注的是获得FDA认证的心率监测功能,除了增强型光电容积描记图(PPG),Apple Watch Series 4还在智能手表中首次使用心电图(ECG)。

Apple Watch Series 4智能手表

Apple Watch Series 4智能手表

心脏运作可以揭露人体许多极具价值的信息,包括其健康状态、生活方式,甚至是情绪状态及心脏疾病的早期发病等。随着心跳会有一压力波通过血管进行传递,这个波会稍微改变血管的直径,PPG就是利用这个变化,是一种无需测量生物电信号就能获得心脏功能信息的光学技术。PPG主要用于测量血氧饱和度(SpO2),但也可不进行生物电信号测量就提供心脏功能信息。借助PPG技术,心率监护仪可集成到智能手表或护腕等可穿戴设备上,以达成连续监测的应用。而传统的医疗设备中,监测心跳速率和心脏活动是经由测量电生理讯号与ECG来完成的,需要将电极连接到身体来量测心脏组织中所引发电气活动的信号。

Apple Watch Series 4在PPG方面产生了新的变化:更加紧凑的设计使得表面积减少30%,零部件数量从14个减少到6个,而且增强了心率监测功能(注:欧司朗(OSRAM)提供其中的绿色LED,更多供应商情况请购买本报告)。另外,该智能手表还集成了电极式心率传感器(注:利用三个电极测量非常小的电流,ADI公司提供信号处理和放大电路),借助全新的心电图应用程序(App)可进行心电图(ECG)检查,该App已经通过了FDA的De Novo分类认定。

Apple Watch Series 4智能手表的心电图功能

Apple Watch Series 4智能手表的心电图功能

有了心电图App,用户点按数码表冠,只需30秒即可收到心律类别判定的通知,以表明心脏是正常跳动,还是出现了房颤(AFib)迹象(一种可能导致严重健康问题的心脏状况)。记录的所有数据、心率类别判定结果以及症状备忘录都会以PDF格式存储在健康App中,以便用户提供给医生。

有了watchOS 5,Apple Watch Series 4可在后台定期分析心律情况。如果检测到房颤等不规则心律,它会向用户发送通知。在心率超过或低于某个临界值时,它也会提醒用户。

本报告对Apple Watch Series 4中的PPG和ECG健康监测传感器进行全面的剖析,发现其中的电子元件均是可以在市场上购买的标准件。但是,它们的集成方式和光学窗口是苹果公司独有设计的。本报告准确研究并分析了传感器的集成方式,供大家学习参考。

ECG电极及ADI芯片AD45305位置示意

ECG电极及ADI芯片AD45305位置示意

红外LED芯片

红外LED芯片(样刊模糊化)

绿色LED芯片

绿色LED芯片(样刊模糊化)

此外,本报告还分析了PPG和ECG健康监测传感器中的零部件,包括Epistar的红外LED、欧司朗的绿色LED和光电二极管、三个电极、ADI的处理和放大电路芯片等。最后,我们还给出这些零部件的成本分析。

报告目录:

Overview/Introduction
• Executive Summary
• Reverse Costing Methodology

Company Profile
• Apple
• Apple Watch 4
• OSRAM
• Analog Devices

Physical Analysis
• Summary of the Physical Analysis
• Apple Watch 4 Teardown
• ECG Module Assembly
- Module views
- Electrodes
• ECG Analog Front End
- IC die view and dimensions
- IC delayering and main blocks
- IC die process, cross-section
- IC die process characteristic
• PPM Module Assembly
- Module views and cross-sections
• PPG IR LED
- Die overview and dimensions
- Die process and cross-section and process characteristics
• PPG Green LED
• PPG Photodiode
- Die view and dimensions, process and cross-section
- Die process characteristic
• Comparison of PPG Function between Apple Watch 3 and 4

Manufacturing Process
• Analog Front End Component
• IR and Green LED
• Photodiodes
• Sapphire Window

Cost Analysis
• Yield Hypothesis
• ECG Sensor IC
• Sensor Component Cost
• PPG IR LED Component Cost
• PPG Green LED Component cost
• PPG Photodiode Component cost
• Sapphire Window Cost

若需要《Apple Watch 4中的PPG和ECG健康监测传感器》报告样刊,请发E-mail:wangyi#memsconsulting.com(#换成@)。

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