電子發燒友網報道（文/梁浩斌）在2024年，可穿戴市場上有多個新產品類別異軍突起，比如智能戒指就受到多家消費電子巨頭的關注，開始推出智能戒指產品。IDC的數據顯示，2024年全球智能戒指市場增長率高達88.4%，要遠遠高于可穿戴設備整體6.1%的增速。

智能戒指的功能與目前常見的運動手環類似，一般能夠實現心率、血氧、體溫監測等能力，同時從市面上的智能戒指產品來看，睡眠狀態跟蹤也是一種較為核心的功能，在睡眠過程中定期讀取多個傳感器的數據，通過算法對睡眠狀態進行分析。

但相比于運動手環，智能戒指的體積就要小太多了，那么智能戒指是如何將這些功能集成到一個小小的戒指中？

主流智能戒指結構

從市面上主流的智能戒指產品中可以了解到，智能戒指一般由外環和內環兩部分組成。外環一般采用金屬材料，為了降低重量，不少產品會使用鈦合金材料作為外環，并加上碳化鎢涂層使得日常使用中更加耐磨損。

智能戒指/電子發燒友網攝

內環則是集成了所有的元器件，因為要與皮膚直接接觸，所以一般會使用透明的醫用級低過敏環氧樹脂，在降低皮膚過敏概率的同時，還能作為一些傳感器進行監測的窗口。同時環氧樹脂的特性便于在制造過程中成型，并且將元器件密封在戒指內外環之間，提供了良好的防水能力。

而智能戒指內部的元器件，都集成在柔性PCB上。目前主流的智能戒指會集成PPG（Photoplethysmogram，光學體積描記術）傳感器、非接觸式溫度傳感器、六軸運動傳感器、藍牙SoC主控和藍牙天線等器件，實現對人體實時的健康監測，并將數據傳輸到手機端。

小尺寸下如何實現高精度體溫監測？

在早期的智能穿戴健康設備中，體溫監測功能并不常見，但隨著技術的成熟以及成本的降低，加上COVID-19疫情的暴發，大大推動了體溫監測功能在智能穿戴設備中的應用。自2019年開始，主流的智能手環、智能手表等產品開始陸續新增了體溫監測功能。

要在智能穿戴設備中實現體溫監測，可以選擇接觸式或非接觸式的溫度傳感器，在這次拆解的這款智能戒指上，使用了非接觸式溫度傳感器。非接觸式溫度傳感器在智能穿戴設備上應用，由于不需要直接接觸皮膚，佩戴體驗較好；測量結果也更穩定，不受皮膚表面條件直接影響。

非接觸式溫度傳感器一般是采用集成MEMS熱電堆技術，能夠將熱能轉換為電信號。它的工作原理是，由于一切高于絕對零度的物體都會源源不斷向外發射熱遠紅外（FIR）輻射，輻射強度與物體溫度密切相關，通過輻射強度就可以計算出溫度值。

從內部結構上看，一個熱電堆是由多個串聯的熱電偶組成，熱電偶是采用熱電效應來進行溫度測量的一種感溫元件。熱電效應是指當兩種不同的材料連接在一起并放在不同溫度環境中時，在連接點處會出現電壓（電動勢），并與兩端的溫差成一個比例。所以可以利用電信號去反推出溫差，結合用于溫度參考的熱敏電阻，即可計算物體的溫度絕對值。

為了降低PCB上其他元件發熱對檢測結果造成的影響，非接觸式溫度傳感器以往是采用TO封裝，將傳感器放置在一個金屬罐內來解決這一問題。

但對于智能戒指這種超小型智能穿戴設備而言，內部空間無法容納TO封裝的體積。因此我們可以看到，市面上主要的智能戒指產品已經選擇了邁來芯MLX90632（醫療級）作為其溫度傳感器。

MLX90632滿足智能戒指體溫監測需求

MLX90632是一款數字紅外溫度傳感器，采用3mm x 3mm x 1mm DFN 封裝，尺寸極小，易于集成到各種可穿戴設備中。在小體積之外，MLX90632更提供極高的測量精度，在消費級版本上，測量物體溫度為-20°C至200°C，精度±1°C；在醫療級版本上，測量物體溫度為-20°C 至 100°C，人體溫度測量精度高達±0.2°C。

但前面也提到，紅外溫度傳感器的小型化會遇到一些問題，包括來自PCB上其他熱源的干擾等，那么MLX90632是如何解決這些問題的？邁來芯通過對多種場景進行建模和表征，并將這些數據運用于復雜的熱梯度主動補償算法中，同時在出廠前進行校準，將校準常數存儲在EEPROM中，基于測量值、校準常數以及板載補償算法，最終實現大幅減弱熱沖擊對小型紅外溫度傳感器造成的影響。

與此同時，在實際應用中，在智能戒指有限的電池容量下，要實現長達一周的續航，并且要進行連續的健康監測，這需要傳感器有足夠低的運行和睡眠功耗。MLX90632在供電電壓3.3V下，工作電流僅1mA，睡眠電流小于2.5μA。

MLX90632紅外溫度傳感器 IC 的框圖 來源：Melexis

所以在智能戒指上，對皮膚溫度的測量整體流程是：從MEMS熱電堆和用于溫度參考的熱敏電阻中獲得的電壓信號，通過多路復用器，經過放大、模數轉換和數字過濾，存儲在板載RAM上；藍牙SoC可以通過 I2C 通信接口獲取RAM上存儲的測量數據，以及EEPROM上存儲的調整值、校準常數等數據，通過內置CPU計算出皮膚溫度。

小結：

智能戒指由于其更小的體積，更舒適的佩戴體驗，令其成為用于睡眠監測的最佳設備之一，體溫在睡眠監測中也是極為重要的指標。得益于技術的發展，像MLX90632這樣的紅外溫度傳感器的體積已經可以被輕松集成到戒指內，因此我們可以發現目前市面上的智能戒指幾乎都標配了體溫監測功能。借助更小尺寸的傳感器，未來可穿戴設備能否帶來更多創新，值得我們期待。