电子产品世界

当下物联网时代，可穿戴产品近些年一直备受关注，其中尤以运动手环和智能手表表现突出。据TrendForce拓墣产业研究所数据显示，2016年全球穿戴装置的出货量为9950万台，其中智能手环的出货量为5750万只，占整个穿戴装置市场的57.8%。

　　一方面，运动手环和智能手表等可穿戴设备搭载越来越多的传感器，搭载脉搏测量传感器也已成为主流趋势，预计未来还会有显著增长;另一方面，电子设备的节能化、小型化要求越来越高，可穿戴设备因存在电池容量限制的问题，对可长时间驱动低功耗元器件需求日益增加。

BH1790GLC工作原理

　　在光学传感器方面有多年经验的ROHM近日推出一款适用于运动手环等可穿戴设备的脉搏传感器“BH1790GLC”。BH1790GLC的基本工作原理图如图1所示，该传感器主要由左边的绿色LED发射器和右边的信号接收器组成，其中，左侧绿色的LED发射绿光到人体，人体心脏在收缩和舒张的过程中，血管中的血流体积会发生变化，当血流体积变多的时候(血红蛋白含量多)，反射回来的绿光就会变少;血流体积变小的时候(血红蛋白含量少)，反射回来的绿光也就会变多，最终右侧的信号接收器接收到发射回来的绿光并以一个脉冲信号表现出来，根据脉冲的数量可以计算人体的脉搏数。

图1 BH1790GLC的基本工作原理图

脉搏传感器的功能

　　脉搏传感器的基本作用是计算脉搏数，还可以应用于计算最大摄氧量(在有氧运动当中，衡量一个人有氧运动水平的常用方法)、反应人的精神状态和计算人的血压。在计算最大摄氧量时，通常有两种测试方法，一种是直观的，在人运动时用一个专门的仪器收集人呼出的气体，然后用气体分析仪分析，这样测量的成本比较高，且实施起来比较复杂;另一种方法则较为简单，由于最大摄氧量和人体的脉搏数有关，因而可以通过测量脉搏来推测出最大摄氧量。

　　另外，据ROHM半导体上海有限公司设计中心高级工程师孙彬介绍，如今ROHM还在开发一种新的算法，该算法可以利用人体的脉搏数计算人体的血压。其中有一些做游戏机的客户接触希望可以在游戏机手柄下面加入该芯片，在用户玩的时候检测人的心跳，在游戏中给出一些反馈信号，增强用户的游戏体验。

图2 脉搏传感器的应用

BH1790GLC的技术优势

　　脉搏传感器在室外应用时，由于有大量噪声信号(太阳光谱较为复杂)的存在，会给传感器的检测带来很大的干扰。如图3所示，ROHM的BH1790GLC采用适合脉搏检测的符合绿色光波的光电二极管，同时感光部分采用绿色光的滤波片和红外截止滤光片相结合的脉搏传感器专有的滤光片结构可以实现脉搏信号的高精度测量，而且将红外线的影响降低到以往产品的1/10以下，即使在剧烈运动和太阳光等红外线干扰较强的环境下，也可获得稳定的脉搏数据。如图4所示，由一般产品和ROHM新产品获得的脉冲信号的对比可以看出，运用BH1790GLC脉搏传感器可以获得高质量的脉冲信号。

　　另外，人在户外运动时会产生一个位移偏差，因而也存在一定噪声，ROHM利用特定的脉搏计算算法，通过Kionix的加速度传感器与脉搏传感器同时采集信号，随后进行快速傅里叶变换，在频域下找出与加速度传感器频率一致的噪声并将其剔除，从而还原出原来的脉搏信号。

图3 脉搏传感器采用滤光片提高采集脉冲信号

图4 干扰光噪音环境下的脉波信号比较

　　ROHM的BH1790GLC脉搏传感器的另一个优势是可以实现更高要求的低功耗。脉搏传感器的功耗主要来源于两个方面，即LED的驱动电流及芯片内部的功耗。传感器运用高精度检测，因而LED的亮度不需要很强就可以检测到高质量的信号，同时在内部放大器方面采用电容式积分放大器代替传统的跨阻放大器，从而极大地降低了传感器的功耗，新产品的功耗比以往产品降低74%。

　　另外，由于BH1790GLC采用低亮度、低VF电压的LED元件，可检测脉搏信号，不再需要以往所需的LED电源所用的DCDC电路，从而可以减少30%的安装面积，有助于减轻工程师的设计负担。

图5 道具演示

图6 有/无滤波器检测信号对比

关键词：BH1790GLC脉搏传感器可穿戴设备