背景

众所周知，在医疗领域，体征信号监测技术一直被广泛使用，在我们的健康诊断中有着无可替代的作用。而随着半导体工艺、无线通讯技术的进步以及物联网的迅猛发展，传统大型的体征信号监测仪器已经被移植到更加轻便、小巧的可穿戴设备领域，这些产品不仅能够为消费者提供同样的信息，并且性价比高，既适用于医疗市场，又适合运动评估优化。

然而，可穿戴设备的方案多种多样，如何寻找、定位最适合的方案一直是困扰工程师的难题，目前可穿戴设备面临的主要问题大概归结为两点：“功能丰富的续航短，续航久的功能少。”怎样的一个方案，既能满足续航问题，又能有专业丰富的功能体验？在考察了市面上众多的可穿戴设备产品，爱板网选定了佳明Forerunner 630运动监测手表进行拆解。

为什么选择佳明Forerunner 630手表？

相信很多人都有这样的疑问，究其原因，主要从以下几方面考虑。首先，手表是目前可穿戴设备的主要代表，既能有相对手环来说比较丰富的功能，又符合大众定位的一个产品，容易被接受。而目前可穿戴式手表主要有两个领域的拓展，一类是以apple watch、安卓（三星、华为等）手表为首的搭载操作系统以应用为主的手表，另一类则是适用于实时监测体征状态的专业运动健身手表，第一类拆解者众多，网上资料也丰富，相信大家也不陌生；而剩下的运动健身系列的手表就显得有些扑朔迷离，网上的参考解决方案也不多。而佳明的运动系列手表在这领域是非常知名的，尤其数据分析功能做得实在是强大，能抵得上半个辅助教练了，在业界素有运动监测的“表王”称号，于是乎，就把目标锁定在了佳明的运动系列手表。

但是如果你纵观佳明整个运动系列的手表，又得一番感叹，无愧于专业，产品种类非常丰富，包括了跑步专用、骑行专用、铁人专用、高尔夫专用等功能再次细分化手表，不过，这里倒是比较好妥协，作为既方便，又适合大众的就属跑步这项运动了，所以毫不犹豫的选定了佳明的跑步系列手表——佳明Forerunner630（2499RMB）。

Forerunner 630是一款带GPS功能的运动型手表，具有50米的防水功能，重量也只有44g，适合日常佩戴，其主要的一些功能如下：

• 1.25英寸高分辨率彩色触控屏幕
• GPS+GLONASS双星定位
• 第二代跑步动态（触地时间平衡，步幅和垂直步幅比）
• 全新生理指标参数（效益指标，压力分数，乳酸阈值）
• 日常活动监测（活动数，距离，卡路里，久坐提醒，睡眠）
• 智能通知功能，消息通知绝不错过
• 支持Connect IQ，自由下载数据字段，表盘，小插件和应用
• 通过手机可进行智能语音提醒，不用再低头看数据

相信这里很多功能都会让非专业跑步者大开眼界，比如第二跑步动态，提供了触地时间平衡，步幅和垂直步幅比，这些指标可以让你改善跑步的方式，让你更“健康的”跑，像是有一个专业的教练指导着你一样；另外还有生理指标参数等，Forerunner 630会根据这些数据分析，提供你此时的状态，让你提前知晓你现在的状态如何，适不适合运动，是不是能超越极限。

不过有些遗憾的是佳明Forerunner 630手表本身不支持第二跑步动态以及生理指标参数功能，这些都是需要配合佳明HRM-Run心率带一起使用，所以说，这两个产品合在一起才能算是一个整体的运动监测解决方案，缺一不可。

佳明Forerunner 630手表：

HRM-Run心率带：

除此之外，Forerunner 630也具备一些应用类手表的小特性，比如手表中的Garmin Connect IQ 平台，用户可以通过Connect IQ连接手机，更新自己的表盘，小插件，数据栏等应用，相比单纯的运动手表在体验上又多了一些乐趣。

当然，作为一个非专业的跑者，在实际的体验过程中也发现了几点不足之处，比如触摸不够不灵敏、充电时无法进行操作等，希望这些能够在今后的产品中改进。

OK，简单的介绍了Forerunner 630运动手表的体验，我们接下来进入重要的拆解模式，看看如此专业的运动监测手表到底采用何种硬件方案？又会有什么与众不同之处？（下一页）

佳明Forerunner 630手表拆解

拆解过目前大屏智能手机的朋友肯定有经验，现在的移动设备产品很多都是一体化后壳设计，所以必须先拆屏幕。Forerunner 630也一样，最简单的方法，用热水袋焐热一下屏幕四周，等屏幕四周的胶融化，很容易就能把屏拆下来了。

屏幕模块包括了TP以及LCD，两者之间用胶粘合，可以有效防水，触摸屏与屏幕分别用了不同的排线引出，值得一提的是，LCD屏幕用到了目前移动设备较为流行的BTB连接器，既显得高端，又方便组装以及后续的维修。

再来看手表内部的设计，一块圆形设计的主板PCB，结构极为的精简，布局十分“养眼”，不像之前看过的一些智能手表内部布局一团糟。

主板PCB并没有与手表内部的结构有任何的胶水、胶带等固定、粘合，只用两颗螺丝固定，拧下后非常容易就能取出主板，不过这两颗螺丝都是六边形孔，一定要专业的螺丝刀才能拆卸。取出主板后能看到附在表盘内部上面的天线，不出意外的话是WiFi和蓝牙的天线。

主板PCB正面用屏蔽罩盖着，上面还粘合了一层缓冲棉，在装配的时候能有效的防止屏幕与屏幕罩紧密结合时可能产生的“硬伤”。（下一页）

手表的电池则是布局在了主板的背面，“卡位”相当好，可以看出工程师在整体系统中的结构把控的相当好。

电池的规格是：3.8V，180mAh，68Wh，按照说明在训练模式下可用10小时，手表模式下可用6周，当然手表模式基本没啥意义。

另外，在主板PCB背面还有一些按键、马达、充电/数据传输接口、传感器等电路，具体的分布情况可以参考下图，值得一提的是，充电接口还有USB数据功能。

再回到主板PCB的正面，上部分是GPS/GLONASS天线（当然，这是在拆解完之后才知道的）。（下一页）

我们再来拆下主板正面的屏蔽罩，这里有一个不小的惊喜。毕竟笔者在使用的过程中可以听到Forerunner 630是有声音发出的，但是拆解的过程中都没有发现Speaker或者蜂鸣器，让笔者感觉有些不可思议。原来屏蔽罩内层藏着蜂鸣片，“难以置信”的设计，真心佩服这种“天马行空”的创意，让人忍不住拍手叫绝。

再来看屏蔽罩内部，整个主板PCB的核心部分都藏在这里。第一眼的感觉，好多芯片，相对来说，芯片多代表着手表功能的丰富与否，从布局上来看，这么多芯片，但是布局紧凑整齐，让人感觉layout的工程师很有水平。

仔细一瞧，发现Forerunner 630板载的很多芯片都是“老面孔”了，在爱板网先前的评测文章中，我们体验过不少搭载这其中某款芯片的开发板，比如说Atmel的WiFi芯片ATWINC1500（评测）、传感器集线器ATSAMG53（评测）；联发科的MT3333（我们体验过的是LinkIt One中的MT3332，跟MT3333属于同一个系列，评测），赛普拉斯的触摸控制芯片CY8C4014（PSoC4系列，评测），这些芯片在爱板网以往的评测中都有接触，这里就不再一一说明了。

我们重点来看下Forerunner 630手表中的充电管理芯片以及主控芯片。大家都该知道，电源设计是可穿戴设备的重要一环，它关系到续航的长短，直接影响用户对产品的体验，因此一款优秀的电管管理类芯片是可穿戴电源设计的重点。Forerunner 630采用了美信的充电电源管理二合一的芯片MAX14676，它包括多路电压调节器（比如1.2V、3.2V等）、一路电池充电器、电源选择器和电量计，不仅可以最大程度利用电池电量，还能减少整个电源外围电路的设计，降低设计难度。

而且MAX14676芯片内部还集成了美信的ModelGauge电量计算法和Smart Power Selector智能电源选择技术，单片IC就能完成电池管理的所有功能，非常适合这类可穿戴设备的单节锂电池供电。如下参考设计图所示，美信MAX14676单芯片就能提供1.8V、3.2V输出(LDO)、6.6V输出(电荷泵)和12V输出(升压开关稳压器)输出，是不是很强大。（下一页）

当然，美信是模拟电源类的翘楚，加之MAX14676充电电源管理芯片的功能强大，多路输出，采用它作为电源设计的方案很好理解，但让人惊讶的是主控居然也是美信的微控制器产品MAX32620，相信不少工程师和笔者一样“孤陋寡闻”，以前竟然没有接触过这款产品，这确实值得好好深入了解一番，看看它有什么不同之处？

我们知道，对于可穿戴设备，功耗和处理能力是选择微控制器或者应用处理器的关键因素，工程师在设计产品的时候应采取系统划分策略确定哪些系统功能最好集成在微控制器，哪些功能可通过外部方式处理。由于可穿戴设备读取体征信号，所以首先考虑片上模拟电路，以确保高精度处理小信号体征信号，对于这类的选择，我们就能撇除好多微控制器产品。

而美信MAX32620正是集成了强大的模拟前端产品，并且还拥有不俗的处理能力，内部集成了一颗ARM Cortex-M4F的处理器，在高性能的基础上还具有多种低功耗模式，并且高度集成的高精度模拟电路，系统框图如下。

MAX32620微控制器特性：

• ARM Coretx-M4F处理器，最大主频96MHz、集成浮点运算单元、存储保护单元
• 集成2MB闪存存储器、256KB SRAM、8KB指令缓存
• 1.2V ±5%核心电源电压、1.8V ±5% I/O和模拟电源电压、可选3.3V ±5% USB电源
• 三个SPI主机、四个UART、三个I²C主机和一个1-Wire主机
• 49个通用I/O引脚
• SPI引擎，以最小占位面积扩展内存
• 全速USB 2.0，内部收发器
• 16个脉冲序列引擎
• 四路输入、10位 Σ-Δ ADC，工作在7.8kS/s
• 81ball WLP封装，3.9mm x 3.9 mm

此外，MAX32620的电源管理也是一大亮点，可以最大程度的延长电池工作时间

• 从闪存执行代码时功耗为95μA/MHz
• 600nA低功耗(LP0)模式(RTC保持有效)
• 2.5μA超低功耗数据保持模式(LP1)，5μs(典型值)快速唤醒至96MHz
• 外设管理单元(PMU)降低测量模式(LP2)下的功耗

看下来，美信的MAX32620不仅有较强的处理能力，还集成2MB的大存储空间，并且具有较小的WLP封装，加之不错的模拟以及低功耗特性，作为一款运动监测式可穿戴手表的解决方案，可以说非常不错，不过，价格上相比同类的产品没什么明显的优势，这也可能是很少看到国内的可穿戴设备或者其他智能终端产品上采用美信微控制器解决方案的原因吧。

另外，美信还有一个MAX32621安全版本，整合了带加密的信赖保护单元(TPU)和高级安全功能。可以保证IP和数据安全：

• 高速模运算加速器(MAA)支持快速ECDSA
• AES硬件引擎
• 硬件PRNG熵发生器
• 安全引导加载程序

在实际的设计中，MAX32620可以支持第三方的IDE工具IAR，美信官网也提供了免费的样品申请，并且还有MAX32620以及MAX32621的评估板供工程师选择，有兴趣的可以多关注一下。相信在今后的设计中，尤其面向可穿戴设备等领域，各位工程师又多了一种选型参考的设计方案。

HRM-Run心率带拆解

拆完Forerunner 630手表，爱板网接下来准备拆解心率带。原本笔者还以为只是一个腕带，没想到是一个胸带，真的是绑在胸腔前的，心率带上有两个电极片，用于超近距离的测量心率，更准确。（下一页）

取下装饰性的红色橡皮圈，拧下螺丝就能打开电池盖，这是为了方便更换电池的设计。

纽扣电池四周有一圈防水橡胶圈，与电池盖紧密结合，能有效的做到防水的设计。

取出电池后，能大概的看到内部的设计结构，为了做到防水设计，真是够拼的，直接用胶将PCB板封在了“塑料壳”内，只能进行破坏性拆解了。

通过暴力拆解将塑料壳分离即能取出PCB板，到这里心率带也基本没法复原了。

来仔细看看心率带的主板电路由哪些电路构成。

从上图来看，大致的方案是Ti CC2670 ？+ADI AD8232 ECG/心率监测模拟前端+DataFlash，其中上图中两个画圈的器件看不清具体型号，不过根据笔者推测一颗应该是三轴加速度计，另一颗可能是美信的ESD器件。但是问题来了，CC2670是什么鬼？根据心率带的使用功能可以断定它是一颗无线连接芯片，但是在Ti官网没找到这颗料的相关资料，是最新产品还是属于定制产品，这点比较疑惑。不过可以肯定的是，心率带采用的是ANT+的无线协议。

小知识：ANT+是在ANT传输协议上的超低功耗版本，它是为健康、训练和运动专门开发的，ANT组织是一个开放的专门国际组织他们一起工作开发ANT无线协议，ANT无线是Dynastream的一个子部门，由Garmin拥有。

相比低耗蓝牙技术，ANT+最大好处是能够让多个设备读取它，所以它不仅支持佳明630手表，也支持部分支持ANT+的智能手机使用。

心率带的心率监测前端IC采用的是ADI的AD8232，适用于对心脏生物电信号进行信号调理来进行心率监护，在电路设计上，通常置于心脏附近的设备中，从从心脏到AD8232的距离越短，心脏信号越强并且肌肉伪像干扰越小，因此将AD8232引出的两个检测电极置于胸肌下面并且无需使用驱动电极，就可以得到精确的心率监测。

拆完佳明的整套运动监测方案，可以看到所采用的芯片还是非常多的，不是一般的可穿戴设备所能相比的，其中一些主要芯片的价格如下，价格出自一个非常知名的比价网站芯片Findchip，价格存在随时浮动的可能，仅作为参考。

整个手表+心率带套件的大致硬件框图如下。

小结

作为专业的运动手表，从拆解中我们也能看到佳明Forerunner630这个产品的诚意，功能确实足够丰富，在器件的选型上也足够的有底气，基本是国内外知名半导体商的产品。而且，更难能可贵的是向我们展示了一个全新的可穿戴设备（包括运动、医疗等监测）方案。

然而，对于国内市场，价格贵是软肋，而且相信不少人和笔者一样，不是太喜欢这样（手表+心率带）分离的设计方案（虽说更专业，无奈颜值太差），如果能像苹果iWatch那样，将心率监测直接做在表盘底部，那就更好了，所以笔者推荐采用美信的MAX32620（主控）+MAX14676（充电电源管理）+MAX86160（脉搏血氧仪和心率监测传感器）这样的可穿戴方案。首先以运动为主的可穿戴设备主要目的是读取体征信号进行处理分析，而MAX32620集成一颗高性能的ARM Cortex-M4F处理器，更是集成了高精度模拟电路，可以确保高精度处理小信号体征信号，并且它还具备多种低功耗模式，可以最佳分配可穿戴设备的工作模式；而MAX14676充电电源管理芯片，不仅集成多路电压调节器（比如1.2V、3.2V等）、电池充电器，更是集成了美信的ModelGauge电量计算法和Smart Power Selector智能电源选择技术，不仅可以最大程度利用电池电量，还能减少整个电源外围电路的设计，降低设计难度；而笔者推荐的美信脉搏血氧仪和心率监测模块MAX86160通过PPG信号获取心率，较不受电源杂讯以及EMI干扰，具有高信噪比以及接近0功耗的关断电流（0.7uA），内部不仅集成了红外LED、红光LED，还具有波长更短、灵敏度更高的绿光LED，穿透皮肤反射回来所用的时间更短，加上强大的软件和算法支持、只有4.2*2.8*1.45mm大小的封装，非常适合做运动式可穿戴设备方案，在设计上，MAX86160只需通过I2C与主控连接，能最大程度的降低可穿戴设备的设计难度。这三者合一可以说是一个非常优异的可穿戴设备硬件参考方案，并且产品能够设计的更加小巧，更加讨喜。另外，工程师可以根据自己的需求，选用美信的另一款同样适用于运动式可穿戴设备的脉搏血氧仪和心率监测传感器MAX30101，同样带绿光LED，功能上也比较接近MAX86160，只是封装大一点，5.6*3.3*1.55mm。拆解完Forerunner630，笔者最希望的是在可穿戴领域能够诞生如华为终端手机般高性价比的产品，让飘飘欲仙的可穿戴市场真正爆发。