随著(zhe)可穿戴設備逐漸從運動助手、娛樂工具的産品定位升要視級到健康伴侶，具備PPG（光電容積脈搏波描喝妹記法）測量心率（HR)、血氧飽和度（SpO2我高）及其他生物計量指标，也成(chéng)爲“剛需”功能(néng)。
因此，可穿戴設備面(miàn)臨的挑戰：如何在終端應用整體方案的基礎上，費化設計出一款高精度、高可靠，甚至滿足臨床級的PPG測量方案？上月
此文將(jiāng)提供多種(zhǒng)可穿戴設備的PPG測在唱量方案設計，滿足終端客戶的設計需求。
通常來說(shuō)，PPG測量方案由光分懂發(fā)射器（發(fā)光二極管，用道LED）、光感應器（光電二極管，PD）、輛樂模拟前端（AFE）芯片及加速計構成(chéng靜兒)。PPG檢測即通過(guò)光發(fā)射器將(jiāng舞場)光波照進(jìn)皮膚内部，再由光感應器日的接收光強變化，最後(hòu)通過(guò)模拟前端芯近從片將(jiāng)模拟信号轉換成(chéng)數字信号，進(jìn土藍)而獲取PPG原始信号。其間，加速計可測量人體運動慢紙狀态，與光信号結合使用，可作爲PPG算法輸入。在PPG檢測後(hòu)期，可通過(guò)複雜的算法，處理來費做自模拟前端和加速計的原始信号，外什從而生成(chéng)持續的運動容錯心率、血氧拿又數據和其他生物計量數據。
PPG的心率檢測原理：利用人體的血液容積會(huì)随著(z用火he)心髒律動呈搏動性變化，光感應器接收嗎務的光強也随之呈搏動性變化。通過(guò)PPG模拟前端（AFE）芯片調節，即可的作將(jiāng)光強變化信号轉換爲電一熱信号，由此計算心率值。
PPG的血氧飽和度檢測原理：利用市新氧中血紅蛋白與脫氧血紅蛋白對(duì)紅光（這離660nm）和紅外光（940nm）的吸收光譜不同，測量氧火市和血紅蛋白的濃度，即可提供可連續的動會錯态血氧監測PPG信号。
PPG檢測結果的精度與原始信号的質量和穩定性密切相關，而原始信号與P亮謝PG光路結構設計密切相關。因此，擁有高品質的PPG光路結構和工藝設計，是可女訊穿戴設備實現高精度PPG檢測功能(néng)的基礎。
PPG光路結構設計，主要包括光學(xué)術廠小闆布局、光窗設計和相關結構工藝選擇等。其中，PD與LED透光光線志窗的光路傳導路徑及結構疊層（LED沿手臂方向(xiàng)擺媽門放），如圖1所示：
圖1 可穿戴設備的PPG光路方向(xiàng)示意圖需要注意的是，爲了保證靜息、運動不同狀态下業吃的心率檢測結果，PPG光路結構設計要确保光學(xué)窗口與皮遠照膚緊密貼合、盡量減少環境光幹擾，以及盡量減少村綠發(fā)射光未經(jīng)檢測目标進(jìn)入PD。
1 光學(xué)小闆主要布局
通常來說(shuō)，PPG光路布局中心（通常爲凸台中心）笑司與可穿戴設備中心重合。用于測量心率的綠燈中心與PD中心間距（gd）建議我技3.8～4.5mm，推薦值3.8mm。用于到放測量血氧的紅燈及紅外燈中心與P西來D中心間距（rd）建議5.5～7.5mm，推薦值6.6mm。常見布局如下嗎車：十字形光路布局：光路布局中心位置對(duì)稱設計兩(liǎng)個三合一LED，PD均勻分布在四周，見圖2所示。
圖2 十字形光路（PD在四周）在産品應用方向(x話影iàng)示意圖
T字形光路布局：光路布局中心位置附近放置PD，兩(liǎng)個綠燈LED沿嗎科表帶方向(xiàng)關于PD中心對(duì)稱分布，血氧LED燈設計筆少在兩(liǎng)個綠燈LED中心的中垂線上，見圖3所示。
圖3 T字形光路（PD在四周）在産品應用方向(xià區習ng)示意圖
一字形光路布局A：以PD中心和血氧燈光學(xué)坐我中心的連線中心作爲光路布局中心位置街店，沿表帶方向(xiàng)分别設置PD、綠燈、血氧L頻身ED燈，見圖4所示。
圖4 一字形光路（PD在邊上）在産品應用方向(xiàng)示意圖
一字形光路布局B：以綠燈光學(xué)中心和血氧燈光學(xué)中心的連線中心作爲子靜光路布局中心位置，綠燈和血氧LED燈沿表帶方向(xiàng)道在設置，PD放在兩(liǎng)燈的中間位置，見圖5所示。圖5 一字形光路（PD在中間）在産品應用方向(xiàng)示這都意圖
2 光窗設計方案
通常來說(shuō)，光窗設計方案有兩(liǎng)種(zhǒng)：雙色模也快光窗方案、絲印鏡片光窗方案。雙色模光窗方案設計：雙色模光窗方案指采用雙色注塑工藝，將樂農(jiāng)透明光窗部分與不透光殼體整體注塑成(chéng件信)爲一體，見圖6所示。雙色模光窗方案更能(néng)減嗎機少竄光，結構也更穩定可靠，但模具成(chéng)本相對(duì)更高。絲印鏡片光窗方案設計：絲印鏡片光窗方案，指在殼體上面(miàn)粘貼一片或多片鏡片路書，在鏡片底部把非透光區域絲印一層黑色油墨阻擋光的暗資傳遞，而光穿過(guò)透光區域（光窗）則形成(chéng)固定的光路。結生些構示意圖如圖7所示。因爲光窗材質透明，爲減少光線經(jīng)過(guò)LE通費D光窗時(shí)直接傳導至PD光窗，LED雜電光窗内表面(miàn)建議做增透處理（如菲涅遠雨爾紋）提升光效，PD光窗内表面(miàn)也可做菲涅爾紋聚光增透處理。
即便有優秀的PPG方案結構和工藝設計，要想系科物統性能(néng)獲得最大發(拍吧fā)揮，仍有賴于高品質的模拟前端芯片的配合。芯海科技CS1262是一款專用算唱于PPG信号采集的模拟前端（AFE）産品。該産如子品是第一款在技術上适配OpenHarmony生态的“健康信嗎測量”傳感器芯片。該産品基于Open離資Harmony系統環境下，能(néng)夠不睡爲終端品牌産品提供全棧解決方案，可用于心率、血氧、自上血壓等健康指标的采集與分析。當前，CS1262産品實測的關鍵性能(néng)指标達到業界一流水平，可船信與主流 AFE設計兼容，能(néng)夠爲藍短客戶提供高配置、高精度測量、超強抗幹擾、低功耗、全膚色支持、高可靠及雪我易用性等七大核心價值。未來還(hái)將(jiāng)與公廠離司的BIA、ECG等健康測量産品，共同構建平台型産品建設。
