高灵敏的脉博传感器让可穿戴设备性能升级

　　近年来对电子设备的节能化、小型化要求越来越高。其中，运动手环和智能手表等可穿戴式设备搭载脉搏测量功能已成为主流趋势，预计未来还会进一步显着增长。然而，可穿戴式设备因存在电池容量限制的问题，而对可长时间驱动的低功耗元器件需求日益增加。
 
　　鉴于可穿戴设备对精确测量和低功耗的需求日益增高，脉博传感器的精度、灵敏度和功耗也面临着更大考验。本文以ROHM的脉搏传感器BH1790GLC为例说明新一代可穿戴设备中的高灵敏度传感器设计原理和应用。
 
　　面向运动手环和智能手表等可穿戴设备领域，ROHM最近开发出一款可测量脉搏信号的脉搏传感器BH1790GLC。这颗芯片是基于该公司光传感器技术开发经验和模拟电路技术而开发，据称大幅提升了灵敏度，即使在低亮度LED条件下也能以超低功耗感知脉博。
 
　　该元件工作时的消耗电流(LED+IC)低至0.74mA，待机电流低至0.8uA，并具有2.5~3.6V的宽电源电压范围。而目前市面上用于可穿戴设备的脉博传感器最低工作消耗电流则约在0.86mA左右。
 
　　所谓的脉博传感器，是指通过红外线去除特性来实现高精度检测。ROHM利用了传感器开发经验，并采用了适合脉搏检测、申请专利中的符合绿色光波长的光电二极管，同时其感光部采用绿色光的滤光片和红外 (IR) 截止滤光片相结合的脉搏传感器专有的滤光片结构。因此，不仅实现了高精度，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。
 
　　光学式脉博传感器的原理在于随着脉博跳动引起的血液容积变化，光的吸收量也会发生变化，因而能得到脉博波形。由于采用了脉搏传感器特有的光学滤光片结构，BH1790GLC可高精度地检测脉搏信号。因此，不仅使可穿戴式设备的电池寿命更长，还将红外线的影响降低到以往产品的1/10以下，即使在剧烈运动和室外等红外线较强的环境下，也可获得高品质的脉搏信号，有助于推动可穿戴式设备的进一步发展。
 
　　另外，在模拟电路和传感技术方面的优化也实现了在LED亮度较低的条件下仍能准确感知脉搏的特性，平均功耗能比以往产品降低约74%，有助于延长可穿戴式设备的电池寿命；而总体的设计面积则可减少30%，有助于减轻设计负担。同时，传感器扩展板朼能通过与在全球应用广泛的Arduino Uno等连接并嵌入软件，可轻松测量传感器信息。
 
　　设计面积的减少是由于采用了低亮度、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电源用DCDC电路。与以往产品相比可减少达30%的安装面积，将有助于减轻设计负荷。