【应用】超低功耗心率传感器GH301搭配三轴加速度计KXTJ3-1057用于智能手环实现动态心率测量
近年来可穿戴式智能手表（智能手环）产品已成为人们生活中的标配智能电子设备，除了查看时间以外，它还具备移动支付、睡眠检测、运动检测等等各种智能化的功能。针对日常生活中的锻炼运动项目，智能手表（手环）可以实时测量动态心率、计步等功能，并可通过蓝牙将这些运动数据信息同步上传到手机APP端。
针对动态心率测量，本文给出基于汇顶科技心率传感器GH301配合ROHM三轴加速度传感器KXTJ3-1057实现的动态心率测量方案，GH301是一款智能型的心率传感器，专门负责心率PPG信号的采集，BLE SOC主控端通过采集心率PPG信号以及配合三轴加速度传感器获取到的运动数据，然后经过运动算法的有机结合即可实现动态心率的测量。如图1所示为GH301智能手环的应用示意图。
图1 GH301智能手环应用示意图
一、心率传感器：GH301
1、汇顶科技开发的GH301是一款集成了3个LED，1个光学接收PD和模拟前端处理的心率传感器，具备超低功耗、超高精度、超薄厚度的特点，非常适合用智能手环、手表等可穿戴电子设备；GH301内部集成的3个LED包括2个绿光LED以及1个红外LED，2个绿光LED用于心率PPG信号的测量，1个红外LED用于手环（手表）设备的佩戴检测。集成LED的心率传感器使用方便，相较于外部LED的心率测量方案，可以免去光学以及结构上的复杂设计；
2、GH301心率传感器具备优秀的超低功耗特性。休眠模式下功耗典型值仅3uA，在25Hz 心率检测PPG刷新速率下，GH301的平均电流仅43uA（包含LED），这个平均电流在业界心率传感器中均属于较低的功耗水平；
3、具备超高的精度与灵活性。GH301内置24bit的高精度ADC及模拟信号处理单元，可通过标准SPI或IIC数字接口进行通信读取；内置的3路LED Driver均可通过8位可编程电流控制器进行独立控制，从而方便用户的灵活配置和使用。
4、GH301心率传感器采用LGA封装形式，尺寸大小为3.0 x 6.0mm，芯片厚度仅0.8mm，满足用户的小型化设计需求。如图2所示为GH301典型应用原理图。
图2 GH301典型原理图
二、三轴加速度传感器：KXTJ3-1057
汇顶科技的心率传感器GH301需要和三轴加速度传感器配合使用，基于对G-Sensor的要求，本文推荐ROHM公司的低成本三轴加速度计芯片：KXTJ3-1057，该芯片传感元件采用Kionix专用的等离子微机械加工工艺技术制造而成，具有高精度、高稳定性、低成本等特点。
1、KXTJ3-1057三轴加速度计具备±2g、±4g、±8g、±16g量程范围，在可配置的±4g量程下，位宽分辨率为12bit，满足GH301心率传感器的设计要求；
2、输出数据速率ODR可配置范围高达1600Hz，远大于GH301心率传感器PPG信号的25Hz采样速率；
3、KXTJ3-1057采用2 x 2mm LGA封装形式，待机功耗仅0.9uA，非常适合用于智能手环（手表）可穿戴产品。同时这款芯片还具备更低的价格，及较好的供货周期。
图2 KXTJ3-1057典型原理图
综上所述：基于前面的介绍，针对智能手环（手表）等可穿戴电子设备，汇顶科技的GH301心率传感器配合KXTJ3-1057可实现较好地动态心率测量功能，并且汇顶科技可提供GH301心率测量算法可使用户更快的实现产品功能及上市。
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