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解決環境光、智能手表底部玻璃和LED之間串擾問題

解決環境光、智能手表底部玻璃和LED之間串擾問題

看來您無需太費勁就能發現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(而不是光學心率監測器)中受益來實現您的健康和健身目標。

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

為了讓光學心率監測器能工作,來自光電二極管的準確交流電(AC)讀數是必需的。但獲得AC的讀數非常難,因為有那麽多來自係統外部的直流電(DC)輸出。DC偏移校正技術使您能讀取AC波形信息,同時讓DC輸出帶來的性能問題最少。該技術的運行方式是:偏移減法運算數模轉換器(DAC)消除像環境光這樣的噪聲源產生的任何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波形信息並放大其餘信號以實現大的增益和更高的準確度,如圖1所示。

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,從而嚴重限製手表的功效。解決方案是在手表的發光二極管(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,這又讓心率讀數中包含了噪聲引起的誤差,如圖2所示。

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校正功能的手表設計,測得AC輸出為3.5mV。當我們隻添加了玻璃時,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測和生物傳感應用的TI AFE4404模擬前端(AFE)。AFE4404提供了一種特性,可實現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。在我們的最後一次測試中,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。

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