健康手表方案浅析

中国心血管健康与疾病报告显示，我国心脑血管疾病患病人数已达3.3亿，60岁以上人群发病率超60%，而60%以上的心梗、脑卒中发病缺乏前期预警。这一现状推动健康监测从被动记录向主动预警转型，也让医疗级监测设备向着小型化和微型化加速迈进，健康手表正是满足这一类人群需求的产品之一。健康手表是一个集精密传感、信号处理和智能算法于一体的可穿戴设备，通常是利用多模态传感器采集生理信号，然后采用人工智能算法将生理信号解析并转化成数字化健康信息，从而实现便捷、无创和实时的健康监测及预警。

图1、健康手表（图源：少数派）

根据功能定位与技术配置，当前市场上的健康手表大致可分为三类：

基础健康监测型：聚焦心率、步数、睡眠质量等基础指标，以核心健康功能与亲民价格为卖点，满足大众日常健康监测需求。代表产品为小米Watch S5、荣耀Watch ES等。

专业运动追踪型：集成GPS定位、运动模式识别及能耗分析功能，聚焦运动场景与全面健康监测，兼顾运动数据精准追踪与基础健康管理功能。代表产品为苹果Watch Series 11、佳明Epix等。

医疗级预警型：融合医疗级功能（如心电图ECG、血压监测），核心定位为疾病风险预警与慢病管理，会通过NMPA、FDA等权威医疗器械认证。代表产品包括SKG小警卫预警手表、华为WATCH D2等。

测量技术方案是健康手表实现数据信息采集的核心，当前主要有光学传感、电生物传感、微型气囊袖带压迫法和生物阻抗传感四大技术路径。

1、光学传感技术

光学传感器在健康监测功能中发挥着重要的作用，其中心率监测普遍采用光电容积脉搏波（PPG）技术测量方案：通常由光发射器（发光二极管，LED）、光感应器（光电二极管，PD）、模拟前端（AFE）芯片及加速计组成。表背的绿光LED（波长约520nm）照射皮肤，血液对光线的吸收率会随心脏搏动引发的血流量变化而改变，反射光强度的周期性波动被光敏元件捕获后，即可计算出心率。加速计可测量人体运动状态，与光信号结合使用，可作为PPG算法输入。而血氧饱和度监测则是PPG技术的延伸，血氧测量的核心原理基于血红蛋白的光学特性：脱氧血红蛋白（Hb）对红光吸收更强，氧合血红蛋白（HbO₂）对红外光吸收更显著。通过计算红光与红外光的AC/DC信号比值，可精准推导血氧饱和度。

图2、健康手表的PPG示意图（图源：MEMS）

2、电生物传感技术

电生物传感以ECG（心电图技术）为核心，通过金属电极采集心脏电活动信号，通常会在表盘背面设置两个或者多个电极，用户需要把手指按压在特定位置，这样就能形成一个闭合电路。手表就能捕捉到心脏产生的微弱电信号，然后转换成心电图波形。这种方法的测量精度相对更高，能精准捕捉房颤、早搏等心律失常，不过需要用户配合完成特定的操作。部分高端产品采用三电极设计，模拟医用心电图机的单导联检测模式，进一步提升心电信号的完整性。

图3、心电图技术手表示意图（图源：健康科普有道）

综上所述PPG（光电法）和ECG（心电图）均可监测心率，但原理和适用场景不同（详见下图4）。ECG通过电信号直接检测心脏活动，医疗级设备下准确性更高；PPG通过光学检测血流变化，日常场景方便但易受干扰。

图4、PPG、ECG对比图（图源：科采通）

3、微型气囊袖带压迫法

在手表内集成微型气泵和气囊，模拟传统血压计的袖带加压测量方式，直接获取血压数据。微型气囊式血压测量工作原理为：升压、降压测量法。在升压过程中血压计使用气泵对气囊进行充气加压，随着气囊内压力的缓慢上升，动脉血管呈全开—渐开—完全阻闭的变化过程。在降压过程中，利用充气气囊压迫动脉血管，使动脉血管处于完全闭阻状态。随后开启放气阀，使气囊内压力缓慢下降。随着气囊内压力的下降，动脉血管呈完全阻闭—渐开—全开的变化过程。升压、降压过程中，动脉内压力振幅大小变化趋势如下图5所示。压力传感器采集气囊内压力的大小变化，将其转化为数字信号送入主控芯片，通过嵌入式软件辨别动脉血流受阻过程中相应压力点，根据算法得出人体的舒张压、收缩压和平均压。其优点在于误差小，接近上臂式血压计（误差±3mmHg）。

图5、升压、降压测量法（图源：埃微，新蕊）

4、生物阻抗传感（Bio-Z）技术

生物阻抗传感器通常集成高精度、低噪声的生物阻抗分析（BIA，Bioelectric Impedance Analysis，生物电阻测量法）技术，BIA是一种通过向人体施加交流电以测量生物阻抗，进而分析人体组成及评估健康状况的低成本、非侵入式体脂测量技术。当安全范围内微电流通过电极片流入人体，如果人体脂肪率高，则测量的生物电阻较大，反之若人体脂肪率低，则测量生物电阻较小。经过精准的生物电阻抗测量，可以通过科学算法精准得出人体的体液、肌肉及脂肪组织的成分结果。

图6、人体成分的主要构成（图源：芯海）

总结一下，核心生理、运动及环境数据信号的采集，涉及到EDA（皮肤电）、PPG（脉搏波）、HR（心率）、HRV（心率变异性）、SpO₂（血氧）、EMG（肌电）、ECG（心电）、皮肤温度、9轴运动信号、气压、环境光与温湿度、位置信号等多模态原始信号，传感器采集的原始信号需经过主控芯片（MCU/SoC）的处理，稍显关键的是嵌入式人工智能算法。例如，PPG信号极易受手腕晃动（运动伪影）干扰，先进的AI算法能够通过自适应滤波和多源数据融合（如结合加速度计数据）剥离噪声，提取纯净的生理信号。在睡眠监测中，算法会综合心率变异性（HRV）、体动数据，通过预设模型判断睡眠阶段，实现从“单一指标判断”到“综合场景分析”的升级。

图7、健康手表数据示例（图源：中国电信博物馆）

健康手表除了健康监测，还是一款智能手表，功能越来越丰富，通过我爱音频网的拆解总结（详见下图），手表内部主要有主控芯片（MCU/SoC）、显示屏、锂电池、扬声器、麦克风、摄像头、气压计、微型马达、存储器、运动传感器、定位芯片、通信芯片、电源类芯片等核心元器件。

1、健康监测芯片品牌：亚德诺(ADI)、汇顶科技(GOODiX)、天易合芯(HX)和德州仪器(TI)等。

2、主控芯片（MCU/SoC）品牌：炬芯(Actions)、Ambiq、恒玄(BES)、富芮坤(FREQCHIP)、杰理(JL)、NORDIC、高通(Qualcomm)、瑞昱(Realtek)、紫光展锐(UNISOC)、海思(HiSilicon)、意法半导体(ST)、中科蓝讯(BLUETRUM)、思澈(SIFLI)、易兆微(YICHIP)、联发科技(MTK)、泰凌微(TELINK)、瑞芯微(Rockchip)、华米科技(ZEPP)、三星(SAMSUNG)、玄戒(XRING)等。

3、存储器品牌：佰维(BIWIN)、兆易创新(GigoDevice)、金士顿(Kingston)、铠侠(KIOXIA)、康盈(KOWIN)、江波龙(Longsys)、旺宏(MXIC)、南亚(NANYA)、三星(SAMSUNG)、华邦(Winbond)、芯天下(XTX)、天高内存(SkyHigh)等。

4、运动传感器品牌：博世(BOSCH)、意法半导体(ST)、TDK等。

5、卫星定位芯片品牌：达发(AIROHA)、索尼(SONY)、新突思(Synaptics)等。

6、电源芯片品牌：亚德诺(ADI)、艾为(Awinic)、赛微微电(Cellwise)、易冲半导体(ConvenientPower)、创芯微(iCM)、伏达(NuVolta)、豪威(OmniVision)、瑞萨(Renesas)、圣邦微(SGMICRO)、思远半导体(Think Future)、德州仪器(TI)、翱捷(ASR)等。

7、其他芯片品牌：音频功率放大器艾为(Awinic)；触摸控制芯片海栎创(HYNITRON)和谱瑞(Parade)；NFC芯片恩智浦(NXP)；射频芯片/功率放大器昂瑞微(OnMicro)、思佳讯(Skyworks)、唯捷创芯(Vanchip)、锐石创芯(RADROCK)、飞骧(Lansus)；蓝牙/Wi-Fi芯片新突思(Synaptics)和英飞凌(Infineon)；气压传感器意法半导体(ST)和敏芯(MEMSENSING)等。

8、锂电池品牌：新能源科技(ATL)、恒泰科技(EVERPOWER)、神通(MITAC)、三星SDI(SamsungSDI)、豪鹏(HP)、欣旺达(Sunwoda)、紫建电子(VDL)、众旺德(ZWD)、新能德(NVT)、佰力电子(BRICH)、亿纬锂能(EVE)、超聚(SP)、赣锋锂业(GANFENGLITHIUM)、锂威(LIWINON)、言九电子(YJ POWER)等。

9、显示屏品牌：三星显示(SAMSUNGDISPLAY)、乐金显示(LG Display)、友达光电(AUO)、群创光电(Innolux) 、京东方(BOE)、TCL华星(CSOT)、惠科(KHC)、天马(TIANMA)、维信诺(VISIONOX)、和辉光电(EDO)、华凌(WINSTAR)、奥视特(AOSHiTE)、晶耀(Genyu)等。

健康手表已形成成熟且具备核心竞争力的功能体系，成为可穿戴设备赛道的核心差异化优势之一。该类型产品不仅实现了心率、血氧、血压、心电等多维度生理参数的全面覆盖，更凭借国家市场监管总局计量校准（血氧误差±2%、脉率误差±1%）、国家药监局医疗器械产品认证等权威背书，保障了数据精准性与医用参考价值，头部品牌如华为、苹果的相关产品均通过国际国内高标准验证。这些成果的落地，既依托低功耗高集成度硬件的技术突破与上游供应链的协同发展，也推动行业标准化进程加速，为智能穿戴设备向医疗健康领域深度延伸奠定了坚实基础。

健康手表智能化创新设计还是得靠工程师。拍明芯城是快速撮合的智造服务平台，过去数年已积累了丰富的优势货源和加工厂资源。我们聚焦服务元器件长尾客户群，让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，帮助工程师的方案选型、试样和采购，辅以PCB打板、BOM配单和SMT贴装，为电子产业供需略尽绵薄之力。

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