【技术】浅谈可穿戴设备PPG方案结构及工艺设计
随着可穿戴设备逐渐从运动助手、娱乐工具的产品定位升级到健康伴侣,具备PPG(光电容积脉搏波描记法)测量心率(HR)、血氧饱和度(SpO2)及其他生物计量指标,也成为“刚需”功能。
因此,可穿戴设备面临的挑战:如何在终端应用整体方案的基础上,设计出一款高精度、高可靠,甚至满足临床级的PPG测量方案?
此文将提供多种可穿戴设备的PPG测量方案设计,满足终端客户的设计需求。
PPG的心率、血氧测量原理
通常来说,PPG测量方案由光发射器(发光二极管,LED)、光感应器(光电二极管,PD)、模拟前端(AFE)芯片及加速计构成。PPG检测即通过光发射器将光波照进皮肤内部,再由光感应器接收光强变化,最后通过模拟前端芯片将模拟信号转换成数字信号,进而获取PPG原始信号。其间,加速计可测量人体运动状态,与光信号结合使用,可作为PPG算法输入。
在PPG检测后期,可通过复杂的算法,处理来自模拟前端和加速计的原始信号,从而生成持续的运动容错心率、血氧数据和其他生物计量数据。
PPG的心率检测原理:利用人体的血液容积会随着心脏律动呈搏动性变化,光感应器接收的光强也随之呈搏动性变化。通过PPG模拟前端(AFE)芯片调节,即可将光强变化信号转换为电信号,由此计算心率值。
PPG的血氧饱和度检测原理:利用氧中血红蛋白与脱氧血红蛋白对红光(660nm)和红外光(940nm)的吸收光谱不同,测量氧和血红蛋白的浓度,即可提供可连续的动态血氧监测PPG信号。
PPG光路结构和工艺设计介绍
PPG检测结果的精度与原始信号的质量和稳定性密切相关,而原始信号与PPG光路结构设计密切相关。因此,拥有高品质的PPG光路结构和工艺设计,是可穿戴设备实现高精度PPG检测功能的基础。
PPG光路结构设计,主要包括光学小板布局、光窗设计和相关结构工艺选择等。其中,PD与LED透光光窗的光路传导路径及结构叠层(LED沿手臂方向摆放),如图1所示:
需要注意的是,为了保证静息、运动不同状态下的心率检测结果,PPG光路结构设计要确保光学窗口与皮肤紧密贴合、尽量减少环境光干扰,以及尽量减少发射光未经检测目标进入PD。
1、光学小板主要布局
通常来说,PPG光路布局中心(通常为凸台中心)与可穿戴设备中心重合。用于测量心率的绿灯中心与PD中心间距(gd)建议3.8~4.5mm,推荐值3.8mm。用于测量血氧的红灯及红外灯中心与PD中心间距(rd)建议5.5~7.5mm,推荐值6.6mm。常见布局如下:
十字形光路布局:光路布局中心位置对称设计两个三合一LED,PD均匀分布在四周,见图2所示。
T字形光路布局:光路布局中心位置附近放置PD,两个绿灯LED沿表带方向关于PD中心对称分布,血氧LED灯设计在两个绿灯LED中心的中垂线上,见图3所示。
一字形光路布局A:以PD中心和血氧灯光学中心的连线中心作为光路布局中心位置,沿表带方向分别设置PD、绿灯、血氧LED灯,见图4所示。
一字形光路布局B:以绿灯光学中心和血氧灯光学中心的连线中心作为光路布局中心位置,绿灯和血氧LED灯沿表带方向设置,PD放在两灯的中间位置,见图5所示。
光窗设计方案
通常来说,光窗设计方案有两种:双色模光窗方案、丝印镜片光窗方案。
双色模光窗方案设计:双色模光窗方案指采用双色注塑工艺,将透明光窗部分与不透光壳体整体注塑成为一体,见图6所示。
双色模光窗方案更能减少窜光,结构也更稳定可靠,但模具成本相对更高。
丝印镜片光窗方案设计:丝印镜片光窗方案,指在壳体上面粘贴一片或多片镜片,在镜片底部把非透光区域丝印一层黑色油墨阻挡光的传递,而光穿过透光区域(光窗)则形成固定的光路。结构示意图如图7所示。
因为光窗材质透明,为减少光线经过LED光窗时直接传导至PD光窗,LED光窗内表面建议做增透处理(如菲涅尔纹)提升光效,PD光窗内表面也可做菲涅尔纹聚光增透处理。
结语
即便有优秀的PPG方案结构和工艺设计,要想系统性能获得最大发挥,仍有赖于高品质的模拟前端芯片的配合。芯海科技CS1262是一款专用于PPG信号采集的模拟前端(AFE)产品。该产品是第一款在技术上适配OpenHarmony生态的“健康测量”传感器芯片。该产品基于OpenHarmony系统环境下,能够为终端品牌产品提供全栈解决方案,可用于心率、血氧、血压等健康指标的采集与分析。
当前,CS1262产品实测的关键性能指标达到业界一流水平,可与主流AFE设计兼容,能够为客户提供高配置、高精度测量、超强抗干扰、低功耗、全肤色支持、高可靠及易用性等七大核心价值。未来还将与公司的BIA、ECG等健康测量产品,共同构建平台型产品建设。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本文由玉鹤甘茗转载自芯海科技公众号,原文标题为:浅谈可穿戴设备PPG方案结构及工艺设计,本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
相关推荐
一文读懂可穿戴设备的晶振解决方案
可穿戴设备的核心组件包括主控芯片,智能传感器,蓝牙模块,WIFI模块,电源等,通过智能传感器感知运动、心率、血压等生理指标,实时监测各项生理指标,并将数据发送到设备中心处理器。中心处理器负责接收、处理和存储数据,还能够与用户的手机或其他智能设备进行通信,将数据传输到云端进行存储和分析。本文介绍可穿戴设备的晶振解决方案
技术探讨 发布时间 : 2024-10-08
解析传感器关键参数——功耗
功耗是传感器芯片的关键参数之一。在移动设备、可穿戴设备和物联网(IoT)设备中,低功耗传感器芯片可以显著延长电池寿命,降低维护需求,同时减少热量产生,提高系统稳定性。理解该参数有助于我们更好地选择和使用传感器,从而提高最终产品的质量和可靠性。本文中科银河芯将以温度传感器为例,对“功耗”进行深入探讨。
技术探讨 发布时间 : 2024-09-04
SEMITEC(石塚)NTC热敏电阻选型指南(中文)
目录- NTC热敏电阻 薄膜热敏电阻 微薄膜传感器 高精度薄膜热敏电阻 超高精度热敏电阻 高精度热敏电阻 高灵敏度热敏电阻 高精度SMD芯片型热敏电阻 高精度表面实装热敏电阻 高温,高灵敏度,玻璃封装热敏电阻 高温轴向热敏电阻 非接触式温度传感器 热电堆红外线传感器 定电流二极管 功率热敏电阻
型号- 103CT-01006,103FT1005A5P,503NT-4-R025H42G,D2-11,D2-10,E-301,S-183T,D2-05,D2-08,D2-07,S系列,S-822T,S-701T,103HT HTF,S-103T,D2-22,AP,202AT,203CT,D2-18,AT,563CT-4,D2-13,D2-15,FΜ,D2-14,503KT1608T,303ET,103FT1005B5P,S-301,103FT1005A5P1-□,103KT1005T,473CT-4,15D2-15,S-202T,833ET,15D2-13,502AT,15D2-11,234NT-4-R200H42G,204CT,CT,6D2-22,15D2-08,202AP-2,473CT,203AT,103AT-11,203AT-11,CT系列,203AP-2,E-183,5D2-15,5D2-13,5D2-14,5D2-11,104NT-4-R025H42G,E-501,5D2-10,S-272T,1.5D2-15,402ET,5D2-18,103KT1608T,503HT-HTF,4D2-18,103ETB,104HT.HTF,503ET,563CT,103NT-4-R025H41G,103NT-4-R□□□H□□G,502NT-4-R025H39G,S-301T,ET,S-152,S-153,502AT-11,S-272,HT系列,4D2-11,4D2-13,4D2-15,4D2-14,203CT-4,AP系列,104CT-90113,503CT-91027,10D2-08,105NT-4-R025H46G,10D2-07,513CT,10D2-05,103FT1005D5P,16D2-07,FT,10D2-10,16D2-13,16D2-14,16D2-15,S-183,20D2-11,403ET,16D2-10,16D2-11,234ET,S-501,4D2-22,223FΜ5183,364FT1005A5P,E-272,E-153,562CT,E-152,10D2-18,5D2-05,10D2-15,504NT-4-R025H45G,S-153T,10D2-14,10D2-13,104NT-4-R025H43G,103AP-2,252CT-4,10D2-11,S-152T,20D2-05,5D2-08,202AT-11,113CT-4,103JT,NT-4系列,5D2-07,20D2-08,502AT-2,10TP586T,512CT,104HT-HTF,HT,113CT,103HT.HTF,204AP-2,E-822,E-701,212ET,□□□AP-2-□,1D2-22,S-123,204NT-4-R025H43G,1D2-15,1D2-13,103CT-4,852NT-4-R050H34G,103AP-2-A,S-352,912CT,912CT-4,103HT□-□□-TP,104JT,47D2-18,203NT-4-R025H42G,103AT-□-FT,502HT,S-352T,JT,E-123,3D2-15,3D2-11,102AT-2,204CT-4,3D2-14,203HT,NC-□□,3D2-10,S-822,S-701,12D2-14,513CT-4,12D2-13,12D2-15,12D2-10,223FΜ3122,12D2-11,E-352,KT,103ET,S-501T,3D2-22,223FΜ□,202AT-2,JT系列,□102□,232AP-2,224ET,104AP-2,12D2-07,203AT-2,103 AT,503FT1005B5P,E-102,5D2-11LT3C,E-101,503AP-2,E-103,E系列,S-562,KT系列,503ET-3H,22D2-07,S-202,104KT1608T,103NT-4-RQ25H41G,302HT,E-452,103CT,103HT-HTF,104ET,102AT,S-123T,NC,102AT-11,5D2-11LCTR,562CT-4,104CT-4,103KT1608T-□□,8D2-11,8D2-10,512CT-4,NT,364FT0603A5P,503FT1005A5P,E-562,S-223T,S-102T,S-562T,2D2-13,NT-4,2D2-11,2D2-10,8D2-18,8D2-13,E-202,4.7D2-15,103JT-□□□,8D2-15,103NT-4-R025H34G,4.7D2-13,8D2-14,493NT-4-R100H40G,103CT-□□□□,2D2-15,2D2-14,252CT,582ET,S-103,S-101,S-102,S-223,103CT-21048,303HT,103AT-5,103AT-4,S-452T,103AT-3,103AT-2,8D2-07,103AT,S-101T,104CT,S-452,203ET,502AP-2
唯创知音(waytronic)语音IC/模块选型指南
目录- 关于唯创知音 芯片选型表 新产品介绍 播放类 播放类(工业级语音芯片) 大功率语音芯片 语音及固件下载更新标准方案 扩展语音芯片 多媒体芯片(工业级) 多路混音芯片 录音芯片 蓝牙芯片 语音识别芯片 存储器 功放芯片 传感器 驱动芯片 开发流程 MCU+标准功能(代码) 语音及固件更新下载标准方案 配套工具
型号- WTV380QFN32,WT2801,WT588,WT588SXX-16S,WT588F02B-16S,WTK6900H-CQFN,WT8509,WT1312,WT2800,WT5880D系列,WT588FXXB-8S系列,WT0034A,WTR,WT2000T-QFN32N,WTV-VSB,WTV,WT8871,WT588FXXA-8S,WTU,WT2000T系列,WT25Q128X-8S,WT2605X,WTN6040F-8S,WT2605系列,WT2003HXX-16S,WT2003HXX-32NQFN,WT系列,WTR096,WT2605X B02,WT2605X B03,WTK6900H-C系列,WT2003HXX-32N,WT2605X B04,WT588F02KD-24SS,WT2605X B05,WT2000T-52N,WTR096A-16S,WT-FLASH系列,WT2003,WT2605C,TV600,WT8623,WT2003系列,WT2605-24SS,WT2003H系列,WT2000T-QFN52,WTK6900H-M01,WT-FLASH,WTK6900F-C,WTVXXX-SOP8,WT2801系列,WT588FXXA-8S系列,WT2800系列,WT200,WT2003HX-32N,WT588E系列,WT2003HXX-24SS,WTK6900系列,WT2605X-24SS,WTK6900F-C-24SS,WT2605C-32N,WTR系列,WTK6900G系列,WTV系列,WT25QXX系列,WT2003HX-16S,WTR096系列,WT25QXX,WT588F02BP-14S,WT588F,WT2003HM16,WTVXXXB-QFN32,WT588E,WT25Q16X-8S,WTK6900G-M,WTK6900H-B系列,WT2605C-24SS,WTN6,WT2605X-32NQFN,WTVXXX-P,WTU201F2,WT588S,WTK6900F,WT588FXX-8S,WTK6900G,WTK6900H,WT8002,WT2801A-32N,WT2003HM05,WTVXXX,WT25Q,WT2003H,WTK6900H-24SS,WT2605C-QFN32,WT588FXXX-8S,WT2605,WT588F系列,WT2605C-32NQFN,WT2003HM01,WTVXXXB-SOP8,WT2000T-32NQFN,WT2003HM02,WT2003HX-24SS,WT2003HM03,WTV380,WT0031,WTK6900G-24SS,WT2000T-QFN52N,WTN6XX-8S,WTU系列,WT0035,WT2003H4,WT5880D,WT0033,WT2605C系列,WT0032,WT8673,WT588F02A-16S,WT2605D-24SS,WT2605B05,WT 系列,WT2605B04,WT2000T-52NQFN,WT2605B03,WT2605B02,WT2003HP8-QFN32,WTXXX,WTV890,WT2000T-32N,WTVXXX-8S,WT2003HX,WTR096A-24SS,WT0024,WT8302,WT0023,WT0022,WTVXXX8系列,WT0021,WTU609F4,WTK6900H-A,WT588FXXB-8S,WT588E02B-8S,WTVXXXM06,WTVXXX-VSB,WTK6900H-B,WTN6040FP-14S,WTK6900H-C,WTR096A-28SS,WTV600,WT588F02B-8S,WTN6系列,WT588FXXX-16S,WTU506F8,WT2605X-32N,WT588F02KD,WT2003H-16S,WTVXXX系列,WT25Q64X-8S,WTK6900H-C-24SS,WTVXXX8,WT2801A-24SS,WTVXXX-PQFN,WT25Q系列,WT4890,WT588S系列,WT25Q32X-8S,WT588系列,WTK6900,WT480,WT9110B,WTN6040F,WTV390,WT25Q128×-8S,WT2003HB01,WT2003HB02,WT2003HB03,WTN6XXX-8S,WT2000T,WT2605-16S,WT2003H-25SS,WT2000T-QFN32,WT2605D-32N
【应用】业界首款单芯片数字紫外线指数传感器IC,用于测量人们的心跳、血压,追踪阳光紫外线强度
Silicon Labs Si1132/Si114x光学传感器是业界首款单芯片数字紫外线指数传感器IC,配合Silicon Labs动态心率检测算法,使可穿戴产品和智能手机具备跟踪紫外线阳光强度、动态心率和血氧测量的功能。
新应用 发布时间 : 2016-01-26
智芯传感(Beijing Smart Sensor)压力传感器选型指南
目录- 公司简介 压力传感器产品概览和应用领域介绍 大气压力传感器 汽车进气压力传感器 制氧机用压力传感器 表压气体压力传感器 防水型压力传感器 差压气体压力传感器
型号- ZXP0,ZXP1,ZXP4,ZXP2,ZXP3,ZXP8
SUMSEMI传感器类芯片选型表
SUMSEMI(世谋微)传感器类芯片选型:VIN(V):1.6-5.5,IQ(μA):1-100,Operating Cycle_(ms) (Typ):50.85-60,不同封装:TSSOP-16/DFN2.0 ×2.0-6/FN1.0 ×1.0-4/SSOP-24。
产品型号
|
品类
|
VIN(V)
|
IQ(μA)
|
Output Form
|
Package
|
SUMU002A
|
传感器类芯片
|
2.5 ~ 5.5
|
1
|
I2C
|
表贴式2.0x1.6x0.8mm
|
选型表 - SUMSEMI 立即选型
纳芯微提供产品整体解决方案应用于家用呼吸机、家用制氧机、额温枪、耳温枪和可穿戴体温监测设备等
纳芯微的接触式体温测量方案采用高精度数字温度传感器NST112x,具有温度响应速度快、测温时间短、低功耗、高精度、自发热小等特点,特别适合手表、手环类以及蓝牙体温贴等产品使用,兼容I2C和SMBus接口,具有可编程警报和SMBus置功能。
原厂动态 发布时间 : 2022-12-30
中科银河芯GXT310、GXT311等多款温度传感器IC是可穿戴设备精准测温的解决方案之一
精度是传感器产品技术有效创新的标志,中科银河芯GXT310的典型精度可达±0.1℃(医用体温计规定,电子体温计在35.3℃-41.0℃区间的最大允许误差为±0.2℃,37℃-39℃范围内<0.1℃),完全符合人体测温产品的医用规定。
产品 发布时间 : 2023-12-25
德聚MEMS传感器芯片用胶,具有优异粘接和电绝缘性能,有效保障传感器系统稳定
德聚致力于成为解决行业痛点的材料应用专家,为客户打造高性能材料应用方案及高品质定制化服务。针对MEMS传感器的芯片,德聚可提供具有优异粘接性能和电绝缘性能的胶粘剂,确保芯片在封装过程中得到有效的固定和保护,从而保障整个传感器系统的稳定。
产品 发布时间 : 2024-05-25
在用压力传感器接口芯片MLX90328LDC-AAA-000-TU及其编程校准工具对压力传感器进行温度校准时,最多可以支持多少个温度条件下对压力进行校准?
用压力传感器接口芯片MLX90328LDC-AAA-000-TU及其编程校准工具对压力传感器进行温度校准时,最多可以支持在4个温度条件下对3个压力值进行校准。即可以选择低温、常温、高温、再加一个其他温度条件,对压力传感器在3个不同的压力调节下,进行温度校准。因为压力传感器接口芯片MLX90328内部是集成有一个温度传感器,可以很方便的进行校准。
技术问答 发布时间 : 2017-05-05
Melexis(迈来芯) MLX90251霍尔传感器 数据手册(中文)
型号- MLX90251LVA-FAA-100-BU,MLX90251LVA-FAA-300-SP,MLX90251,MLX90251EVA-FAA-100-BU,MLX90251EVA-FAA-300-BU,MLX90251LVA-0,MLX90251EGO-0,MLX90251LVA-1,MLX90251EVA-3,MLX90251EGO-1,MLX90251LVA-2,MLX90251LVA-3,MLX90251EVA-FAA-200-SP,MLX90251EVA-FAA-000-BU,MLX90251LVA-FAA-200-BU,MLX90251EGO-2,MLX90251EGO-3,MLX92251LSE-ABA-000-SP,MLX90251LVA-FAA-300-BU,MLX90251EVA-0,MLX90251LVA-FAA-000-BU,MLX90251EVA-FAA-200-BU,MLX90251EVA-2,MLX90251EVA-1
全芯覆盖智能传感,芯海科技模拟强芯集结亮相SENSOR SHENZHEN 2024
2024月14-16日,深圳国际传感器与应用技术展览会(Sensor Shenzhen 2024)在深圳会展中心盛大举办。芯海科技携旗下智能传感器信号调理系列芯片及应用方案精彩登场。在此次展会上,芯海科技重点展示了基于智能化、高可靠性Smart Analog®模拟产品平台研发的各类传感器信号调理芯片产品。这些产品广泛应用于工业传感、消费电子及医疗健康等领域。
原厂动态 发布时间 : 2024-04-18
电子商城
现货市场
服务
可定制板装式压力传感器支持产品量程从5inch水柱到100 psi气压;数字输出压力传感器压力范围0.5~60inH2O,温度补偿范围-20~85ºС;模拟和数字低压传感器可以直接与微控制器通信,具备多种小型SIP和DIP封装可选择。
提交需求>
支持定制透气膜的宽度,ePTFE材质,耐温范围-40℃-260℃,防水等级IP67/IP68,具有疏水性(拒水性)和不粘性。
最小起订量: 1 提交需求>
登录 | 立即注册
提交评论