偏移校正技術(shù)可提高下一代心率智能手表的性能

當(dāng)光學(xué)心率技術(shù)被首次引進(jìn)時(shí)，準(zhǔn)確度問(wèn)題似乎使該技術(shù)能為眾多消費(fèi)者改善健康狀況并提高健身效率的重要性受到了負(fù)面影響。光學(xué)心率讀數(shù)的準(zhǔn)確度之所以遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及預(yù)期，是因?yàn)槲覀兊娜梭w解剖學(xué)提出了幾項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

為了讓光學(xué)心率監(jiān)測(cè)器能工作，來(lái)自光電二極管的準(zhǔn)確交流電（AC）讀數(shù)是必需的。但獲得AC的讀數(shù)非常難，因?yàn)橛心敲炊鄟?lái)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(shí)讓DC輸出帶來(lái)的性能問(wèn)題最少。該技術(shù)的運(yùn)行方式是：偏移減法運(yùn)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(lái)自皮膚和動(dòng)脈的DC噪聲也需要進(jìn)行一些校正。使用這種偏移減法運(yùn)算DAC，您可更好地讀取AC波形信息并放大其余信號(hào)以實(shí)現(xiàn)大的增益和更高的準(zhǔn)確度，如圖1所示。

圖1：可實(shí)現(xiàn)更大增益的DC偏移校正

早期光學(xué)心率手表款式的另一個(gè)問(wèn)題是：皮膚上的汗水或任何種類(lèi)的潮濕物均會(huì)引起不準(zhǔn)確的讀數(shù)，從而嚴(yán)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(lái)隔濕。然而，來(lái)自該玻璃（在皮膚和LED之間）的反射會(huì)導(dǎo)致串?dāng)_，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?dāng)_

在TI實(shí)驗(yàn)室完成的一個(gè)研究實(shí)例中，我們測(cè)試了一種既無(wú)玻璃屏障片也無(wú)適當(dāng)DC校正功能的手表設(shè)計(jì)，測(cè)得AC輸出為3.5mV。當(dāng)我們只添加了玻璃時(shí)，AC輸出下降到2mV，有時(shí)還達(dá)不到2mV。最終，我們采用了適合可佩戴式光學(xué)心率監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)DC偏移校正 —— 通過(guò)其把重要AC信號(hào)與DC噪聲隔離開(kāi)的能力來(lái)減少串?dāng)_。在我們的最后一次測(cè)試中，我們測(cè)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(xué)心率設(shè)計(jì)中的幾個(gè)準(zhǔn)確度問(wèn)題，并可提高光學(xué)心率智能手表的性能。

審核編輯：郭婷