ROHM推出BH1790GLC脈搏傳感器助可穿戴設(shè)備再度升級(jí)

   當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，可穿戴產(chǎn)品近些年一直備受關(guān)注，其中尤以運(yùn)動(dòng)手環(huán)和智能手表表現(xiàn)突出。據(jù)TrendForce拓墣產(chǎn)業(yè)研究所數(shù)據(jù)顯示，2016年全球穿戴裝置的出貨量為9950萬(wàn)臺(tái)，其中智能手環(huán)的出貨量為5750萬(wàn)只，占整個(gè)穿戴裝置市場(chǎng)的57.8%。

　　一方面，運(yùn)動(dòng)手環(huán)和智能手表等可穿戴設(shè)備搭載越來(lái)越多的傳感器，搭載脈搏測(cè)量傳感器也已成為主流趨勢(shì)，預(yù)計(jì)未來(lái)還會(huì)有顯著增長(zhǎng);另一方面，電子設(shè)備的節(jié)能化、小型化要求越來(lái)越高，可穿戴設(shè)備因存在電池容量限制的問(wèn)題，對(duì)可長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)低功耗元器件需求日益增加。

BH1790GLC工作原理

　　在光學(xué)傳感器方面有多年經(jīng)驗(yàn)的ROHM近日推出一款適用于運(yùn)動(dòng)手環(huán)等可穿戴設(shè)備的脈搏傳感器“BH1790GLC”。BH1790GLC的基本工作原理圖如圖1所示，該傳感器主要由左邊的綠色LED發(fā)射器和右邊的信號(hào)接收器組成，其中，左側(cè)綠色的LED發(fā)射綠光到人體，人體心臟在收縮和舒張的過(guò)程中，血管中的血流體積會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)血流體積變多的時(shí)候(血紅蛋白含量多)，反射回來(lái)的綠光就會(huì)變少;血流體積變小的時(shí)候(血紅蛋白含量少)，反射回來(lái)的綠光也就會(huì)變多，最終右側(cè)的信號(hào)接收器接收到發(fā)射回來(lái)的綠光并以一個(gè)脈沖信號(hào)表現(xiàn)出來(lái)，根據(jù)脈沖的數(shù)量可以計(jì)算人體的脈搏數(shù)。

圖1 BH1790GLC的基本工作原理圖

脈搏傳感器的功能

　　脈搏傳感器的基本作用是計(jì)算脈搏數(shù)，還可以應(yīng)用于計(jì)算最大攝氧量(在有氧運(yùn)動(dòng)當(dāng)中，衡量一個(gè)人有氧運(yùn)動(dòng)水平的常用方法)、反應(yīng)人的精神狀態(tài)和計(jì)算人的血壓。在計(jì)算最大攝氧量時(shí)，通常有兩種測(cè)試方法，一種是直觀的，在人運(yùn)動(dòng)時(shí)用一個(gè)專門的儀器收集人呼出的氣體，然后用氣體分析儀分析，這樣測(cè)量的成本比較高，且實(shí)施起來(lái)比較復(fù)雜;另一種方法則較為簡(jiǎn)單，由于最大攝氧量和人體的脈搏數(shù)有關(guān)，因而可以通過(guò)測(cè)量脈搏來(lái)推測(cè)出最大攝氧量。

　　另外，據(jù)ROHM半導(dǎo)體上海有限公司設(shè)計(jì)中心高級(jí)工程師孫彬介紹，如今ROHM還在開發(fā)一種新的算法，該算法可以利用人體的脈搏數(shù)計(jì)算人體的血壓。其中有一些做游戲機(jī)的客戶接觸希望可以在游戲機(jī)手柄下面加入該芯片，在用戶玩的時(shí)候檢測(cè)人的心跳，在游戲中給出一些反饋信號(hào)，增強(qiáng)用戶的游戲體驗(yàn)。

圖2 脈搏傳感器的應(yīng)用

BH1790GLC的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　脈搏傳感器在室外應(yīng)用時(shí)，由于有大量噪聲信號(hào)(太陽(yáng)光譜較為復(fù)雜)的存在，會(huì)給傳感器的檢測(cè)帶來(lái)很大的干擾。如圖3所示，ROHM的BH1790GLC采用適合脈搏檢測(cè)的符合綠色光波的光電二極管，同時(shí)感光部分采用綠色光的濾波片和紅外截止濾光片相結(jié)合的脈搏傳感器專有的濾光片結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)脈搏信號(hào)的高精度測(cè)量，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(yáng)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)。如圖4所示，由一般產(chǎn)品和ROHM新產(chǎn)品獲得的脈沖信號(hào)的對(duì)比可以看出，運(yùn)用BH1790GLC脈搏傳感器可以獲得高質(zhì)量的脈沖信號(hào)。

　　另外，人在戶外運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)位移偏差，因而也存在一定噪聲，ROHM利用特定的脈搏計(jì)算算法，通過(guò)Kionix的加速度傳感器與脈搏傳感器同時(shí)采集信號(hào)，隨后進(jìn)行快速傅里葉變換，在頻域下找出與加速度傳感器頻率一致的噪聲并將其剔除，從而還原出原來(lái)的脈搏信號(hào)。

圖3 脈搏傳感器采用濾光片提高采集脈沖信號(hào)

圖4 干擾光噪音環(huán)境下的脈波信號(hào)比較

　　ROHM的BH1790GLC脈搏傳感器的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)現(xiàn)更高要求的低功耗。脈搏傳感器的功耗主要來(lái)源于兩個(gè)方面，即LED的驅(qū)動(dòng)電流及芯片內(nèi)部的功耗。傳感器運(yùn)用高精度檢測(cè)，因而LED的亮度不需要很強(qiáng)就可以檢測(cè)到高質(zhì)量的信號(hào)，同時(shí)在內(nèi)部放大器方面采用電容式積分放大器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的跨阻放大器，從而極大地降低了傳感器的功耗，新產(chǎn)品的功耗比以往產(chǎn)品降低74%。

　　另外，由于BH1790GLC采用低亮度、低VF電壓的LED元件，可檢測(cè)脈搏信號(hào)，不再需要以往所需的LED電源所用的DCDC電路，從而可以減少30%的安裝面積，有助于減輕工程師的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。

圖5 道具演示

圖6 有/無(wú)濾波器檢測(cè)信號(hào)對(duì)比