4. 低功耗嵌入式硬件平台设计
可穿戴健康设备与普通消费电子最大的差别，在于它必须在“电池容量被形态严格限制”的前提下，长期完成采集、处理与无线传输。腕戴设备常见电池容量约 150～400 mAh，贴片设备可能只有 20～80 mAh，耳戴设备受耳廓空间限制，往往在 30～100 mAh 之间。因此硬件平台设计的核心不是“选最强的芯片”，而是围绕功耗预算，把 MCU/SoC、电源管理、无线模块、存储与传感器接口组织成一个可持续运行的系统。
4.1 MCU/SoC 选型：先看任务剖面，再看峰值性能
选型第一步是明确任务剖面：设备是持续采集心率、血氧，还是间歇唤醒做运动识别？是本地完成算法，还是只做数据打包上传？以腕戴心率监测为例，典型任务包括：PPG 传感器以 25～100 Hz 采样、每 10 ms 产生一次中断、每 20 ms 做一次滤波与峰值检测、每 1 s 通过 BLE 发送一次结果。这类任务对峰值算力要求不高，但对“睡眠—唤醒—处理—回睡”的切换速度和待机电流极其敏感。
因此选型应优先关注三个参数：运行电流（mA/MHz）、深度睡眠电流（µA 级）和唤醒时间（µs 级）。例如某 Cortex-M4F 方案运行电流约 100 µA/MHz，深度睡眠 1.5 µA，唤醒 5 µs；而带 BLE 的 SoC 可把无线与 MCU 集成，减少外围器件和漏电。若算法需要浮点或小型神经网络，可考虑带 DSP 扩展或 NPU 的 SoC，但必须核算其唤醒与推理能耗是否低于“上传到手机计算”的总体代价。
4.2 电源管理：把每一段电流都算进预算
电源管理不是简单加一颗 LDO，而是建立“能量账本”。以 200 mAh、3.7 V 电池为例，总能量约 740 mWh。若目标续航 7 天，则平均功耗必须控制在约 4.4 mW，即平均电流约 1.2 mA（按 3.7 V 计）。这个数字决定了各模块的分配上限。
典型分配可参考：MCU 睡眠 2 µA、传感器 80 µA、BLE 广播平均 150 µA、电源转换损耗 10～20 µA、其余为峰值处理与余量。若 PPG 传感器持续开启需 1 mA，则几乎占满预算，因此必须采用占空比采集：例如每 10 ms 开 2 ms，平均电流降到 200 µA。电源路径上，优先选用静态电流低于 1 µA 的 DC-DC 或负载开关，避免 LDO 在轻载下浪费压差。充电管理需支持过充、过放、过流保护，并考虑磁吸或无线充电对腕戴形态的密封与厚度影响。
4.3 无线模块、存储与传感器接口
无线模块的功耗与协议参数强相关。BLE 广播间隔从 100 ms 拉长到 1 s，平均电流可下降数倍；连接间隔、从机延迟、发射功率（0 dBm 与 +4 dBm 差异明显）都需按实际链路预算调整。若设备需要离线记录数小时数据，应选用低功耗 SPI NOR Flash 或 eMMC，写入时尽量批量、顺序写，避免频繁擦除。传感器接口方面，I²C 适合低速多传感器共享总线，SPI 适合高速 IMU 或 Flash；关键是把不用的传感器电源域彻底关断，而不是仅让其进入待机。
4.4 功耗预算与热设计
功耗预算应做成可追踪的表格，而不是估算。建议按“状态 × 模块”列出电流与占空比，再求加权平均。例如：MCU 睡眠 2 µA 占 95% 时间、运行 3 mA 占 5%，则平均约 152 µA；PPG 200 µA 占 20%，平均 40 µA；BLE 广播 150 µA 占 100%，平均 150 µA。合计约 342 µA，对应 3.7 V 下约 1.27 mW，200 mAh 电池理论续航约 24 天，留出 30% 余量后约 16 天，满足 7 天目标。若实测续航明显偏短，优先检查是否有 GPIO 漏电、传感器未断电、DC-DC 轻载效率骤降或 BLE 参数被意外拉短。
热设计方面，可穿戴设备散热面积小，且常与皮肤接触。腕戴形态下，SoC 与充电 IC 应尽量远离皮肤侧，利用表壳金属或石墨片扩散；贴片形态厚度受限，需避免大电流持续放热；耳戴形态天线净空小，无线发射功率不宜盲目提高。一般要求外壳接触面温升不超过 3 ℃，充电时不超过 5 ℃。布局上，把发热器件靠近边缘或金属件，把温度传感器远离热源，才能让体温与设备温度测量更可信。
4.5 面向腕戴/贴片/耳戴的布局约束
三种形态的约束差异明显。腕戴设备空间相对充裕，可容纳较大电池和多个传感器，但曲面外壳要求 PCB 采用柔性板或刚柔结合板，天线需避开金属表扣。贴片设备追求超薄与柔性，常采用 FPC 与柔性电池，器件高度需控制在 1 mm 以内，且不能有尖锐焊点。耳戴设备空间最小，电池与天线争夺位置，通常把 BLE 天线放在耳廓外侧，传感器朝内贴合皮肤，电源与射频走线严格分区。
综合来看，低功耗嵌入式硬件平台的设计顺序应是：先由形态与续航目标反推平均电流预算，再据此选择 MCU/SoC 与无线方案，随后确定电源管理、存储与传感器接口，最后用布局与热设计保证预算在真实产品中成立。只有把“能量账本”贯穿选型、电路与结构，可穿戴设备才能在有限电池下稳定完成健康监测任务。