為了簡化醫療設備開發難度，加快上市時間，美信（Maxim Integrated）在2016年時就推出了第一代健康傳感器平臺（Health Sensor Platform，簡稱HSP），兩年后的2018年推出了HSP 2.0，幫助正在尋求持續監測多種健康參數的設計者快速創建獨特、高精度的可穿戴方案，可節省長達6個月的設計和驗證時間。

今年則推出了3.0版健康傳感器平臺HSP3.0。HSP 3.0除了繼承了兩代HSP平臺的優點，還在集成方案中增加了光學血氧SpO2測量和干電極的心電圖測量能力。在算法方面，Maxim Integrated提供了心率(HR)、心率變異(HRV)、呼吸率(RR)、血氧飽和度(SpO2)、體溫、睡眠質量和壓力水平等臨床級信息。因此，該平臺可以使終端方案監測心臟和呼吸問題，用于管理慢性阻塞性肺疾病(COPD)、傳染病(例如新冠肺炎)、睡眠窒息癥和房顫(AFib)等疾病。

HSP 3.0主要優勢

Maxim Integrated工業與醫療健康事業部醫療健康產品線總經理Andrew Baker在介紹HSP 3.0時表示，HSP 3.0與上一代產品相比，體積縮小了40%，且采用了升級版微控制器、電源、安全管理和檢測IC。參考設計包括完整的光學和電極設計，結合所提供的算法，可以滿足臨床級測量要求。

他特意強調，HSP 3.0可以提供臨床等級的血氧飽和度SpO2檢測，進而使新的應用案例成為可能，比如肺部功能性的檢測。當然，它也可以用在預防性監護和慢性病的管理上。

圖：Maxim Integrated工業與醫療健康事業部醫療健康產品線總經理Andrew Baker

“我們的客戶可以用HSP 3.0開發新冠患者的呼吸或識別，或者慢性阻塞性肺病COPD的長期監測等應用。” Andrew Baker在媒體分享會上表示。

HSP 3.0具有高性能光學設計的集成，比如SpO2血氧測量就需要設計師具有豐富的系統級設計經驗才能設計出合適的光學器件布局，以達到SpO2測量所需要的光學性能。“而Maxim Integrated具有豐富的人體生物學知識，以及光學機械設計的經驗積累，使得HSP 3.0可以覆蓋更多的使用用戶，并且能夠得到盡可能最好的生物數據。” Andrew Baker指出。

他自豪地表示，HSP 3.0展示了臨床級精度的腕式血樣采樣，采用了Maxim Integrated先進的算法，能夠滿足中國市場的應用，達到了國家藥品監督管理局的要求。此外，ECG平臺可以達到動態心電圖IEC IEC60601-2-47的標準。

當然，可以使用HSP 3.0這個完整的參考設計來針對自己實際的使用場景來做實驗、采數據，并開發出滿足自己需求的產品，而且這些數據都能夠達到臨床等級。Andrew Baker進一步指出，HSP 3.0涵蓋了如今遠程病人監護的應用場景里需要所有的關鍵生命體征。比如，
第一，體溫趨勢，可以用來檢測傳染病比如說新冠肺炎，或者是發熱監測；
第二，SPO2血樣飽和度檢測，比如可以監測肺部功能、睡眠障礙等；
第三，呼吸率，可以監測呼吸趨勢；
第四，心率，可以監測心率趨勢；
第五，ECG，可以用來做房顫的早期檢測，或者是做心臟健康的檢測等等。

也就是說，HSP 3.0可以使得一些醫療等級的應用場景得以實現，Andrew Baker特別強調，這些應用案例和測量，可以集成在不同的產品形式上，比如腕式、胸貼或者智能戒指等。此外，客戶可以使用Maxim Integrated提供的算法，也可以使用來自第三方的算法，比如說房顫檢測及其數據分析。

HSP 3.0系統組成

從HSP 3.0系統框圖上可以看出，該參考設計主要由兩塊PCB板組成，一塊主機電路板，一塊傳感器電路板。在主機電路板上采用了最新的M4F的MCU---MAX32666，它是支持藍牙功能的低功耗微控制器，包含了兩個Arm Cortex-M4F核和附加的SmartDMA，后者允許獨立運行BLE棧，使兩個主核用于運行主要任務。此外，微控制器集成完整的安全套件和存儲器糾錯碼(ECC)，大大提高系統可靠性。

圖：HSP 3.0系統框圖。

此外，還包括以下傳感器、電源管理和算法產品：

? MAX86176：噪聲最低的光學光電容積脈搏波法(PPG)和電學ECG的二合一模擬前端(AFE)，提供110dB PPG信噪比(SNR)，從而增加SpO2飽和度檢測能力；ECG共模抑制比(CMRR)大于110dB，以支持干電極ECG應用。對于PPG部分，Andrew Baker表示，Maxim的產品在讀取通道里做了很多優化，支持6個LED和4個PD的驅動和讀取，而且集成了先進的環境光抑制技術。
? MAX20360：高度集成的電池和電源管理IC (PMIC)，優化用于先進的體戴式健康檢測設備。器件包括Maxim Integrated的高精度ModelGauge m5 EZ電量計、精致的觸覺驅動器，以及獨特的低噪聲升/降壓轉換器，最大程度提高SNR、降低光學生物檢測所需功耗。
? MAX32670：超低功耗微控制器，專用于Maxim Integrated領先的脈搏率、SpO2、HRV、呼吸率、睡眠質量監測和壓力監測算法支持。微控制器可配置為傳感器集中器(支持硬件和算法)或算法集中器(支持多種算法)。MAX32670無縫支持客戶所需的傳感器功能，包括管理MAX86176 PPG和ECG傳感器AFE，并為外部提供原始或計算得到的數據。
? MAX30208：低功耗、高精度數字溫度傳感器，采用2mm x 2mm小型封裝。器件的工作電流比同等競爭器件低64%。器件讀取封裝頂部的溫度，可安裝在軟電纜或PCB上，使其很容易設計到可穿戴設備中。MAX30208的精度為0.1°C，滿足臨床溫度要求。

除了這些Maxim Integrated可以提供的產品，也有一些非Maxim Integrated提供的產品，比如閃存和加速度計。對于這些非Maxim Integrated產品，Andrew Baker表示，他們會將這些產品放進參考設計的文檔中，客戶可以根據需求采用Maxim推薦的產品，或者自己挑選。

結語

隨著人們對健康越來越重視，可穿戴醫療與健康設備正在急速增長，2019年該類設備出貨量達到6.4億部，市場分析機構Omdia的預測，2019年至2023年間，可穿戴醫療與健康設備將保持22%的年復合增長率，到2023年可穿戴醫療與健康設備總出貨量將突破10億。Maxim Integrated在這個時候推出HSP 3.0平臺正是看到了市場的需求所在。而且新的HSP 3.0雖然功能更加豐富了，但價格依然跟前代產品一致，包括硬件、固件和算法一起的價格是400美元，可通過Maxim Integrated網站購買。