ROHM推出BH1790GLC脈搏傳感器助可穿戴設(shè)備再度升級

   當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)時代，可穿戴產(chǎn)品近些年一直備受關(guān)注，其中尤以運動手環(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9950萬臺，其中智能手環(huán)的出貨量為5750萬只，占整個穿戴裝置市場的57.8%。

　　一方面，運動手環(huán)和智能手表等可穿戴設(shè)備搭載越來越多的傳感器，搭載脈搏測量傳感器也已成為主流趨勢，預(yù)計未來還會有顯著增長;另一方面，電子設(shè)備的節(jié)能化、小型化要求越來越高，可穿戴設(shè)備因存在電池容量限制的問題，對可長時間驅(qū)動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)驗的ROHM近日推出一款適用于運動手環(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程中，血管中的血流體積會發(fā)生變化，當(dāng)血流體積變多的時候(血紅蛋白含量多)，反射回來的綠光就會變少;血流體積變小的時候(血紅蛋白含量少)，反射回來的綠光也就會變多，最終右側(cè)的信號接收器接收到發(fā)射回來的綠光并以一個脈沖信號表現(xiàn)出來，根據(jù)脈沖的數(shù)量可以計算人體的脈搏數(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算脈搏數(shù)，還可以應(yīng)用于計算最大攝氧量(在有氧運動當(dāng)中，衡量一個人有氧運動水平的常用方法)、反應(yīng)人的精神狀態(tài)和計算人的血壓。在計算最大攝氧量時，通常有兩種測試方法，一種是直觀的，在人運動時用一個專門的儀器收集人呼出的氣體，然后用氣體分析儀分析，這樣測量的成本比較高，且實施起來比較復(fù)雜;另一種方法則較為簡單，由于最大攝氧量和人體的脈搏數(shù)有關(guān)，因而可以通過測量脈搏來推測出最大攝氧量。

　　另外，據(jù)ROHM半導(dǎo)體上海有限公司設(shè)計中心高級工程師孫彬介紹，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)計算人體的血壓。其中有一些做游戲機的客戶接觸希望可以在游戲機手柄下面加入該芯片，在用戶玩的時候檢測人的心跳，在游戲中給出一些反饋信號，增強用戶的游戲體驗。

圖2 脈搏傳感器的應(yīng)用

BH1790GLC的技術(shù)優(yōu)勢

　　脈搏傳感器在室外應(yīng)用時，由于有大量噪聲信號(太陽光譜較為復(fù)雜)的存在，會給傳感器的檢測帶來很大的干擾。如圖3所示，ROHM的BH1790GLC采用適合脈搏檢測的符合綠色光波的光電二極管，同時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)可以實現(xiàn)脈搏信號的高精度測量，而且將紅外線的影響降低到以往產(chǎn)品的1/10以下，即使在劇烈運動和太陽光等紅外線干擾較強的環(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)品獲得的脈沖信號的對比可以看出，運用BH1790GLC脈搏傳感器可以獲得高質(zhì)量的脈沖信號。

　　另外，人在戶外運動時會產(chǎn)生一個位移偏差，因而也存在一定噪聲，ROHM利用特定的脈搏計算算法，通過Kionix的加速度傳感器與脈搏傳感器同時采集信號，隨后進行快速傅里葉變換，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，從而還原出原來的脈搏信號。

圖3 脈搏傳感器采用濾光片提高采集脈沖信號

圖4 干擾光噪音環(huán)境下的脈波信號比較

　　ROHM的BH1790GLC脈搏傳感器的另一個優(yōu)勢是可以實現(xiàn)更高要求的低功耗。脈搏傳感器的功耗主要來源于兩個方面，即LED的驅(qū)動電流及芯片內(nèi)部的功耗。傳感器運用高精度檢測，因而LED的亮度不需要很強就可以檢測到高質(zhì)量的信號，同時在內(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，可檢測脈搏信號，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)計負(fù)擔(dān)。

圖5 道具演示

圖6 有/無濾波器檢測信號對比