智能戒指里的通信系统：BLE、NFC与天线设计

随着健康监测、AI交互、支付门禁等功能逐渐进入智能戒指，一枚戒指内部需要集成的电子器件越来越多。除了PPG、温度、IMU等传感器以及主控芯片、电池之外，通信模块也是智能戒指连接外部设备的重要组成部分。

Samsung Galaxy Ring 图源：ifixit

·红色：Nordic nRF5340 Bluetooth 5.4 SoC

·橙色：NXP NT3H2111 NFC Tag

·黄色：Antenna 天线

智能戒指采集到的心率、血氧、睡眠、运动等数据，通常需要传输到手机APP进行进一步分析；部分交互型戒指还需要与智能眼镜、手机等设备保持连接。智能戒指的通信系统需要同时满足低功耗、小型化、连接稳定以及较低发热等要求。智能戒指的通信技术主要包括蓝牙低功耗（BLE）、NFC以及相应的微型天线系统。

1、BLE

对于目前大多数带电池的智能戒指而言，Bluetooth Low Energy，也就是蓝牙低功耗BLE，是最常见的无线通信方式。

Ultrahuman Ring AIR内部蓝牙SoC及芯片天线 图源：DigiKey

与传统蓝牙相比，BLE最大的特点就是功耗更低，非常适合智能戒指、智能手环、传感器等需要长时间工作的微型设备。

智能戒指内部的PPG、温度、加速度计等传感器会持续或者间歇采集数据，再由主控芯片完成处理和存储。当戒指与手机连接后，便可以通过BLE将数据同步至APP。

例如用户佩戴戒指一整晚之后，睡眠阶段、心率、HRV、血氧、皮肤温度变化等数据，都可以通过蓝牙传输到手机，由APP进一步进行算法分析。

除了健康数据同步之外，BLE还可以用于：戒指与手机之间的数据通信、固件OTA升级、设备状态及电量同步、手势控制指令传输、戒指与智能眼镜等设备之间的交互。

Nordic nRF52840芯片 图源：Nordic

目前智能戒指主流采用支持Bluetooth 5.x系列协议的无线SoC或蓝牙芯片，在连接距离、传输速率和功耗之间进行平衡。对于智能戒指来说，并不是传输距离越远越好。

由于大部分使用场景都是戒指与用户随身携带的手机进行通信，因此真正重要的是如何在保证连接稳定的同时进一步降低通信功耗。

尤其是在几十mAh甚至更小容量的微型电池条件下，蓝牙唤醒次数、数据传输频率以及连接策略都会直接影响整机续航。很多产品并不会持续大量发送数据，而是先在戒指本地进行采集和存储，再按照一定时间间隔与手机进行同步，以减少无线模块的工作时间。

2、NFC

除了BLE，一部分智能戒指还会加入NFC近场通信功能。与BLE不同，NFC主要面向厘米级的近距离交互，例如：支付、门禁、身份识别、数字钥匙以及信息交换等。

NFC智能戒指近场支付应用 图源：Infineon

部分NFC智能戒指采用的是无源设计，当戒指靠近读卡器时，可以通过外部NFC设备产生的射频场获取少量能量，因此即使戒指本身没有电池，也能够完成身份认证、门禁或者支付等操作。这也是NFC非常适合戒指形态的重要原因之一。

智能戒指内部NFC芯片及环形天线结构 图源：Tapster

对于同时拥有健康监测和NFC功能的智能戒指，则可以采用“BLE+NFC”的组合方案：

BLE负责日常健康数据同步和设备连接；NFC负责短距离支付、门禁或者身份认证。两种通信技术针对的场景不同，相互补充。

3、天线设计

相比智能手表和智能手机，智能戒指最大的通信难点其实不一定来自芯片，而是来自天线。智能戒指内部空间狭窄的环形，电池、FPC、传感器和主控芯片已经占据大量空间，留给天线空间有限。

AMOVAN NOVA Ring 1 蓝牙天线 图源：52音频网

目前很多中高端智能戒指又采用钛合金、不锈钢等金属外壳。金属能够提升戒指的强度和质感，却可能对无线信号产生屏蔽和干扰。

智能戒指天线通常需要与整机结构共同设计，而不能简单地在产品设计完成后再增加一根天线。比较常见的方案是将天线设计在柔性FPC、非金属内圈或者特定天线区域中，并通过匹配电路优化阻抗和射频性能。

部分产品还需要在金属结构之间设计断点或者非金属窗口，为无线信号提供传播路径。

对于这样一个只有几毫米厚的微型可穿戴设备来说，难点并不只是选择BLE或者NFC芯片，而是如何在有限空间内协调芯片、天线、FPC、电池与金属结构，在连接稳定、功耗、体积和续航之间取得平衡。

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