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

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

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

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

红外LED芯片（样刊模糊化）

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。

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@）。返回搜狐，查看更多