TZ1000高性能低功耗助力健康可穿戴

　　2015年国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见指出，充分发挥互联网的高效、便捷优势，提高资源利用效率，降低服务消费成本，而智能硬件与物联网进一步结合也属于这一范畴。借助物联网、借助大数据，智能硬件可以更好地融入生活，形成一整套生态圈。因此，支持智能健康产品创新和应用，硬件与软件充分结合，推广全面量化健康生活新方式成为了一个热门话题。鼓励健康服务机构利用云计算、大数据等技术搭建公共信息平台，提供长期跟踪、预测预警的个性化健康管理服务。鼓励服务机构应用基于移动互联网的便携式体检等设备。这里不得不提到当下智能设备在医疗健康中涉足。2015年上半年，不同行业领军代表纷纷入驻智能硬件领域，以医疗健康、家居娱乐、健身运动为象征的应用得到大范围的推广，这让我们不得不深思，如何保证智能硬件在医疗健康中发挥其应有的角色。

　　健康智能硬件发展

　　2015年上半年国内智能硬件行业报告显示，国内智能硬件销售额同比增长264%，用户量同比增长了215%，而智能硬件单价也同比增长了50元，其中不乏健康类产品。而同时很多人心中认为健康智能设备必须立足于科技的前沿，最基本功能就是能够完成精准而有效的预测，同时价格在个人承受范围内，然而能够满足精准测量的设备，目前定价普遍较高，同时由于外观要求较高、研发成本递增、开发平台不专业、产品测试不达标等因素，很多智能硬件会出现延迟上市局面。

　　目前健康类智能硬件大都具有测量心电图或者脉搏监测的功能，延伸的测量将扩展为运动、睡眠、健康等综合数据的分析，通过APP了解你的身体状态达到初期健康测量的目标。但是同时人们又对此类可穿戴设备保留态度，因为这类产品大都体积较大或者耗电较快。此类产品的硬件大多包括处理器，传感器，通信连接，存储记忆等部分，基础传感器包括加速度计、陀螺仪、磁强计等，通信连接可能包括蓝牙、USB、RF等多角度传输连接功能，同时此类健康设备还需要基础安全措施，例如AES加密。那么问题来了，如何保证硬件和谐发挥最优功能，同时满足低功耗？

　　多合一东芝TZ1000系列

　　下一代可穿戴设备的关键点：运动检测、语境识别、血压测量、皮肤电阻GSR（Galvanic Skin Response）监测、超长电池寿命以及可无线充电。如何将这些功能融合到一个设备中，并且满足优美的外观是十分重要的。东芝TZ1000系列应用处理器目前集成了Bluetooth® Low Energy（LE）、低功率无线通信标准、传感器、处理器和闪存。这些功能紧密地集成于单一的紧凑式封装中，从而促进了小型化的系统设计，降低了安装面积，非常适用于小型可穿戴设备。 单一的封装能够满足较多健康智能硬件的外观需求，同时该应用处理器对通过传感器获取的数据进行处理，AFE动态性能保证节能，仅消耗非常低的功率，所以适合应用于要求电池长时间运行的健康可穿载设备。

　　TZ1000系列基础应用低功耗示例：在活动监测解决方案中，100mAh电池可以坚持86天。而在心率监测解决方案下，TZ10001解决方案在高精准监测结果条件下，使用100mAh电池可以坚持7天。

　　

　　图1 活动监测状态下电流状态图示

　　

　　*RMSE： Root Mean Squared 均方根误差; Red line 红线： Error compare to ECG 心电图误差比较。

　　图2 心率监测环境下精准数据图示

　　另外，TZ1000系列还可以满足与外部传感器的连接，开发者可以按照自己需求额外增加所需传感器。

　　

　　图3 TZ1000系列示意图

　　东芝半导体的TZ1000系列产品集成了高分辨率ADC，可以将来自外部传感器的模拟信号（比如：脉搏波和心电图）转换成数字数据并将其传输至内部处理器，具有DSP的高性能ARM®Cortex®-M4F和浮点处理单元将多个传感器（内部和外部传感器）的数据得以结合，从而提高了准确性。最终将原数据和处理后的数据传输通过集成的Bluetooth®LE控制器和RF电路，传至外部设备，例如智能手机和平板电脑。目前，这一系列产品已经应用在穿戴设备，比如活动监视器、手镯式智能手表以及眼镜式装置。

　　东芝半导体的TZ1000系列内部构造列表：

　　

　　* 括号内的数字是内部微控制器的通道数。
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　　TZ1000系列开发应用

　　东芝半导体的TZ1000系列开发应用见下图。我们可以看到TZ1000系列可以外部接连更多的生物医学传感器，同时具有无线充电、电池使用以及其他电源输入的支持。另外，可以对传感器获取的数据进行综合分析，支持数据传输至便携设备以及云空间。

　　

　　图4 TZ1000系列应用

　　而对比市场其他竞争对手，TZ1000系列在功耗上也是具有明显优势，充电次数的较少，进而使得电池寿命增长。

　　

　　目前市场上TZ1000系列中使用最多的芯片为TZ1011MBG，其拥有8.50x9.80x1.60mm的尺寸，更纤小，使得设计更灵活，同时供开发人员使用的参考板体积也超小，更加便捷的测试环境帮助工程师快速完成产品开发。

　　另外，除了硬件支持，TZ1000系列友好的医疗解决方案开发平台HcSDP（Healthcare Solution Development Platform）使得工程师快速进入开发进程，同时还可以简化各类应用程序的测试。该平台可以满足工程师的许多开发需求，包括SDK（软件开发工具包）、HDK（硬件开发工具包）、开发环境以及其他支持（相关文件和教育支持）。

　　l SDK包括智能手机应用开发工具包（安卓/IOS和控制数据库——蓝牙通信）、TZ1000 FW开发（BSP板级支持包/蓝牙软件堆栈和传感器处理数据库）以及参考应用；

　　l HDK包括Type-A（易扩展其他传感器支持）和Type-X（较小，在扩展对其他传感器支持时有局限性）；

　　l 开发环境包括Windows/MAC OS操作系统以及Keil MDK-ARM、IAR和Rowley的开发工具。

　　l 其他支持技术资料（最新技术手册）以及技术研讨会、Q&A支持等。

　　

　　图5 TZ1000系列开发平台SDK结构和特征介绍图示

　　东芝半导体一直致力于帮助工程师在产品更符合市场需求的条件下，更快的开发产品，缩短研发周期、加快产品上市。针对软件平台与硬件平台的充分结合，希望SDP开发平台可以更好的帮助工程师完成更艰巨的任务。

　　未来

　　东芝半导体正在深入技术研发，面对更注重用户体验的市场，我们来自前方的工程师会进一步倾听客户的需求，更努力的完善解决方案，希望健康智能硬件不仅仅是一个可以预测人体数值的设备，更希望可以通过这些精准的数据为人类带来更多健康帮助。