偏移校正技術(shù)能夠提高下一代心率智能手表的性能

看來您無需太費勁就能發(fā)現(xiàn)人們對光學心率智能手表準確度的抱怨。許多科技博客評論指出：您將從其活動和睡眠跟蹤功能（而不是光學心率監(jiān)測器）中受益來實現(xiàn)您的健康和健身目標。

當光學心率技術(shù)被首次引進時，準確度問題似乎使該技術(shù)能為眾多消費者改善健康狀況并提高健身效率的重要性受到了負面影響。光學心率讀數(shù)的準確度之所以遠遠不及預(yù)期，是因為我們的人體解剖學提出了幾項重大挑戰(zhàn)。

為了讓光學心率監(jiān)測器能工作，來自光電二極管的準確交流電（AC）讀數(shù)是必需的。但獲得AC的讀數(shù)非常難，因為有那么多來自系統(tǒng)外部的直流電（DC）輸出。DC偏移校正技術(shù)使您能讀取AC波形信息，同時讓DC輸出帶來的性能問題最少。該技術(shù)的運行方式是：偏移減法運算數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）消除像環(huán)境光這樣的噪聲源產(chǎn)生的任何DC噪聲。此外，來自皮膚和動脈的DC噪聲也需要進行一些校正。使用這種偏移減法運算DAC，您可更好地讀取AC波形信息并放大其余信號以實現(xiàn)大的增益和更高的準確度，如圖1所示。

圖1：可實現(xiàn)更大增益的DC偏移校正

早期光學心率手表款式的另一個問題是：皮膚上的汗水或任何種類的潮濕物均會引起不準確的讀數(shù)，從而嚴重限制手表的功效。解決方案是在手表的發(fā)光二極管（LED）和皮膚之間放一片玻璃來隔濕。然而，來自該玻璃（在皮膚和LED之間）的反射會導致串擾，這又讓心率讀數(shù)中包含了噪聲引起的誤差，如圖2所示。

圖2：環(huán)境光、智能手表底部玻璃和LED之間的串擾

在TI實驗室完成的一個研究實例中，我們測試了一種既無玻璃屏障片也無適當DC校正功能的手表設(shè)計，測得AC輸出為3.5mV。當我們只添加了玻璃時，AC輸出下降到2mV，有時還達不到2mV。最終，我們采用了適合可佩戴式光學心率監(jiān)測和生物傳感應(yīng)用的TI AFE4404模擬前端（AFE）。AFE4404提供了一種特性，可實現(xiàn)DC偏移校正 —— 通過其把重要AC信號與DC噪聲隔離開的能力來減少串擾。在我們的最后一次測試中，我們測得AC輸出為15mV，差不多是第一種情況下AC輸出的五倍，是第二種情況下AC輸出的七倍。

偏移校正技術(shù)能解決光學心率設(shè)計中的幾個準確度問題，并可提高光學心率智能手表的性能。有了這項來自TI的技術(shù)，我們熱切期望用戶能對他們的光學心率技術(shù)滿意度大增！

其它資源

• 參閱AFE4404產(chǎn)品說明書。
• 查看TI的醫(yī)療AFE產(chǎn)品組合。
• 閱讀TI的《HealthTech指南》。