可穿戴式設(shè)備因存在電池容量限制的問題，而對(duì)可長時(shí)間驅(qū)動(dòng)的低功耗元器件需求日益增加。
近年來對(duì)電子設(shè)備的節(jié)能化、小型化要求越來越高。其中，運(yùn)動(dòng)手環(huán)和智能手表等可穿戴式設(shè)備搭載脈搏測量功能已成為主流趨勢，預(yù)計(jì)未來還會(huì)進(jìn)一步顯著增長。然而，可穿戴式設(shè)備因存在電池容量限制的問題，而對(duì)可長時(shí)間驅(qū)動(dòng)的低功耗元器件需求日益增加。
鑒于
可穿戴設(shè)備對(duì)精確測量和低功耗的需求日益增高，脈博傳感器的精度、靈敏度和功耗也面臨著更大考驗(yàn)。本文以ROHM的脈搏傳感器BH1790GLC為例說明新一代可穿戴設(shè)備中的高靈敏度傳感器設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用。
面向運(yùn)動(dòng)手環(huán)和智能手表等可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，ROHM最近開發(fā)出一款可測量脈搏信號(hào)的脈搏傳感器BH1790GLC。這顆芯片是基于該公司光傳感器技術(shù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和模擬電路技術(shù)而開發(fā)，據(jù)稱大幅提升了靈敏度，即使在低亮度LED條件下也能以超低功耗感知脈博。
該元件工作時(shí)的消耗電流(LED+IC)低至0.74mA，待機(jī)電流低至0.8uA，并具有2.5~3.6V的寬電源電壓范圍。而目前市面上用于可穿戴設(shè)備的脈博傳感器最低工作消耗電流則約在0.86mA左右。
所謂的脈博傳感器，是指通過紅外線去除特性來實(shí)現(xiàn)高精度檢測。ROHM利用了傳感器開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并采用了適合脈搏檢測、申請(qǐng)專利中的符合綠色光波長的光電二極管，同時(shí)其感光部采用綠色光的濾光片和紅外 (IR) 截止濾光片相結(jié)合的脈搏傳感器專有的濾光片結(jié)構(gòu)。因此，不僅實(shí)現(xiàn)了高精度，而且將紅外線的影響降低到以往產(chǎn)品的1/10以下，即使在劇烈運(yùn)動(dòng)和太陽光等紅外線干擾較強(qiáng)的環(huán)境下，也可獲得穩(wěn)定的脈搏數(shù)據(jù)。
光學(xué)式脈博傳感器的原理在于隨著脈博跳動(dòng)引起的血液容積變化，光的吸收量也會(huì)發(fā)生變化，因而能得到脈博波形。由于采用了脈搏傳感器特有的光學(xué)濾光片結(jié)構(gòu)，BH1790GLC可高精度地檢測脈搏信號(hào)。因此，不僅使可穿戴式設(shè)備的電池壽命更長，還將紅外線的影響降低到以往產(chǎn)品的1/10以下，即使在劇烈運(yùn)動(dòng)和室外等紅外線較強(qiáng)的環(huán)境下，也可獲得高品質(zhì)的脈搏信號(hào)，有助于推動(dòng)可穿戴式設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展。
另外，在模擬電路和傳感技術(shù)方面的優(yōu)化也實(shí)現(xiàn)了在LED亮度較低的條件下仍能準(zhǔn)確感知脈搏的特性，平均功耗能比以往產(chǎn)品降低約74%，有助于延長可穿戴式設(shè)備的電池壽命；而總體的設(shè)計(jì)面積則可減少30%，有助于減輕設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。同時(shí)，傳感器擴(kuò)展板朼能通過與在全球應(yīng)用廣泛的Arduino Uno等連接并嵌入軟件，可輕松測量傳感器信息。
設(shè)計(jì)面積的減少是由于采用了低亮度、低VF電壓的LED元件，可檢測脈搏信號(hào)，不再需要以往所需的LED電源用DCDC電路。與以往產(chǎn)品相比可減少達(dá)30%的安裝面積，將有助于減輕設(shè)計(jì)負(fù)荷。
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