對城市里生活的人們來(lái)說(shuō)，繁忙是主體旋律，由于缺乏運動(dòng)身體素質(zhì)變得越來(lái)越差。隨著(zhù)人們健康意識的提高，運動(dòng)變成一種時(shí)尚，因此，可穿戴設備也越來(lái)越受歡迎，從各種手環(huán)等運動(dòng)監測設備的熱賣(mài)可以看出。但是，目前手環(huán)的測量準確度還存在很多問(wèn)題。很多人可能聽(tīng)過(guò)這樣一個(gè)笑話(huà)：有人佩戴手環(huán)刷一次牙計步器就會(huì )增加好幾百，如此算來(lái)每天多刷幾次牙就完成跑步任務(wù)了。因此，不斷提高測量精度成為很多傳感器廠(chǎng)商的重要任務(wù)，最近ROHM推出了一款采用光學(xué)濾光片結構的脈搏傳感器BH1790GLC，可以提高測量精準度，降低設備功耗。

濾光片+獨特的算法，實(shí)現醫療級別的測量精度

如果測量足夠準確，前文中手環(huán)的計步結果就不會(huì )出現測量不準的笑話(huà)了。為了實(shí)現更高的測量精度，BH1790GLC內置了紅外濾光片以及彩色濾光片。濾光片的作用是什么？我們不妨先看看脈搏傳感器的工作原理，整個(gè)模塊包括兩個(gè)部分：一部分是綠色的LED的發(fā)射，右邊是芯片的接收，主要利用的是綠光達到人體的血管之后進(jìn)行散射回來(lái)檢測的一個(gè)結果。人體心臟在收縮與舒張的過(guò)程當中，血管中的血流會(huì )發(fā)生體積變化，當血流變多時(shí)，反射回來(lái)的綠光強度就會(huì )變小，血流變少時(shí)綠光強度就會(huì )變大，最終出現的就是一個(gè)脈沖的信號，通過(guò)脈沖的數量可以計算人體的脈搏數。

BH1790GLC的基本工作原理圖

在戶(hù)外運動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)光譜非常復雜，除了可見(jiàn)光之外還有紫外光和紅外光。其中，紅外光是可以穿透人體的，在戶(hù)外檢測時(shí)，即使人體是緊貼著(zhù)芯片，紅外線(xiàn)還是可以穿過(guò)手指讓芯片檢測到，這樣就會(huì )疊加上一個(gè)噪聲，疊加上噪聲就會(huì )使得計數不準確。為了解決這個(gè)問(wèn)題，ROHM采用了專(zhuān)門(mén)的紅外線(xiàn)去除措施。BH1790GLC的外面加了兩層濾光片，一個(gè)是紅外濾光片，一個(gè)是彩色濾光片。紅外濾光片首先可以把外界的紅外光全部過(guò)濾掉。彩色濾光片可以將可見(jiàn)光當中除了綠光的部分全部過(guò)濾掉，只讓綠光通過(guò)，這樣就更加突出了綠光，從而達到高精度的檢測。如下圖所示，最終檢測到的脈搏信號與一般性的產(chǎn)品波形相比清晰很多。

脈搏傳感器采用濾光片提高采集脈沖信號

干擾光噪音環(huán)境下的脈波信號比較

由于用戶(hù)佩戴著(zhù)運動(dòng)手表或者手環(huán)在戶(hù)外運動(dòng)時(shí)，會(huì )跟人體之間產(chǎn)生相對運動(dòng)，因此測量過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生一些噪音，ROHM針對這些情況專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一個(gè)脈搏計算算法。它利用Kionix的加速度傳感器與脈搏傳感器同時(shí)采集信號，最后通過(guò)快速傅里葉變換，在頻域中找出跟加速度傳感器信號頻率一致的脈搏噪音，把它去除掉，最終還原出純粹的脈搏信號。數據對比可以看出，采用了這個(gè)算法之后，測試結果與標準測試儀器的測試結果非常吻合。

傳感器的融合方案：極大降低功耗

對于可穿戴設備來(lái)說(shuō)，最讓用戶(hù)頭疼的就是設備待機時(shí)間短的問(wèn)題，如果像手機一樣每天都要充電數次，想必大部分用戶(hù)會(huì )為之抓狂?？纱┐髟O備講究抓住用戶(hù)痛點(diǎn)，精簡(jiǎn)設備功能。這背后和設備待機時(shí)間有著(zhù)莫大的關(guān)系，如果功能太多，耗電自然很快，因此大部分可穿戴設備功能都很簡(jiǎn)單。為了幫助用戶(hù)設備降低功耗，ROHM提出了“傳感器的融合方案”，ROHM半導體設計中心高級工程師孫彬介紹，“通常許多傳感器需要主芯片去進(jìn)行頻繁地驅動(dòng)才能工作，這樣會(huì )給主芯片帶來(lái)相當一部分負擔，我們采用了專(zhuān)門(mén)的低功耗的傳感器微控制器，把傳感器的驅動(dòng)工作從主芯片分離出來(lái)，進(jìn)行單獨控制和數據處理。這樣可以減少數據的傳輸量，還可以有效的降低整體的功耗?！?/p>

脈搏傳感器BH1790GLC演示道具 現場(chǎng)演示

脈搏傳感器的功耗主要來(lái)源于兩個(gè)方面：一個(gè)是LED的驅動(dòng)電流，一個(gè)是芯片內部的功耗。正如剛才所說(shuō)，BH1790GLC可以實(shí)現高精度檢測，因此驅動(dòng)LED燈的電流不需要很強，就可以檢測到高質(zhì)量的信號，這樣就實(shí)現了電流消耗的削減。同時(shí)，在內部也是優(yōu)化了電路構造，放大器采用了電容式的積分放大器代替了傳統的跨阻式的放大器，電流消耗得到進(jìn)一步的削減。

因此，BH1790GLC利用ROHM多年積累的光傳感器開(kāi)發(fā)經(jīng)驗和獨有的模擬電路技術(shù)優(yōu)勢，即使在LED亮度較低的條件下，也可準確感知脈搏，功耗比以往產(chǎn)品降低約74%。實(shí)現業(yè)界最小級別的低功耗，有助于延長(cháng)可穿戴式設備的電池壽命。