ROHM推出BH1790GLC脈搏傳感器助可穿戴設備再度升級

   當下物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，可穿戴產(chǎn)品近些年一直備受關(guān)注，其中尤以運動(dòng)手環(huán)和智能手表表現突出。據TrendForce拓墣產(chǎn)業(yè)研究所數據顯示，2016年全球穿戴裝置的出貨量為9950萬(wàn)臺，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，運動(dòng)手環(huán)和智能手表等可穿戴設備搭載越來(lái)越多的傳感器，搭載脈搏測量傳感器也已成為主流趨勢，預計未來(lái)還會(huì )有顯著(zhù)增長(cháng);另一方面，電子設備的節能化、小型化要求越來(lái)越高，可穿戴設備因存在電池容量限制的問(wèn)題，對可長(cháng)時(shí)間驅動(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)驗的ROHM近日推出一款適用于運動(dòng)手環(huán)等可穿戴設備的脈搏傳感器“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，最終右側的信號接收器接收到發(fā)射回來(lái)的綠光并以一個(gè)脈沖信號表現出來(lái)，根據脈沖的數量可以計算人體的脈搏數。

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，還可以應用于計算最大攝氧量(在有氧運動(dòng)當中，衡量一個(gè)人有氧運動(dòng)水平的常用方法)、反應人的精神狀態(tài)和計算人的血壓。在計算最大攝氧量時(shí)，通常有兩種測試方法，一種是直觀(guān)的，在人運動(dòng)時(shí)用一個(gè)專(zhuān)門(mén)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(shí)施起來(lái)比較復雜;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有關(guān)，因而可以通過(guò)測量脈搏來(lái)推測出最大攝氧量。

　　另外，據ROHM半導體上海有限公司設計中心高級工程師孫彬介紹，如今ROHM還在開(kāi)發(fā)一種新的算法，該算法可以利用人體的脈搏數計算人體的血壓。其中有一些做游戲機的客戶(hù)接觸希望可以在游戲機手柄下面加入該芯片，在用戶(hù)玩的時(shí)候檢測人的心跳，在游戲中給出一些反饋信號，增強用戶(hù)的游戲體驗。

圖2 脈搏傳感器的應用

BH1790GLC的技術(shù)優(yōu)勢

　　脈搏傳感器在室外應用時(shí)，由于有大量噪聲信號(太陽(yáng)光譜較為復雜)的存在，會(huì )給傳感器的檢測帶來(lái)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(shí)感光部分采用綠色光的濾波片和紅外截止濾光片相結合的脈搏傳感器專(zhuān)有的濾光片結構可以實(shí)現脈搏信號的高精度測量，而且將紅外線(xiàn)的影響降低到以往產(chǎn)品的1/10以下，即使在劇烈運動(dòng)和太陽(yáng)光等紅外線(xiàn)干擾較強的環(huán)境下，也可獲得穩定的脈搏數據。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(hù)外運動(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，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。

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(gè)優(yōu)勢是可以實(shí)現更高要求的低功耗。脈搏傳感器的功耗主要來(lái)源于兩個(gè)方面，即LED的驅動(dòng)電流及芯片內部的功耗。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(shí)在內部放大器方面采用電容式積分放大器代替傳統的跨阻放大器，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計負擔。

圖5 道具演示

圖6 有/無(wú)濾波器檢測信號對比