Lichtsensorik
LED misst Puls
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Wie sieht es mit der Elektronik aus?
Das PPG-Messsystem könnte mit eigenständigen LEDs, Photodioden und signalverarbeitenden Schaltkreisen realisiert werden, während die Algorithmen der Anwendung auf dem Host-Prozessor laufen. Eine derartige eigenständige Verwirklichung setzt jedoch voraus, dass das Entwicklungsteam alle Gerätebausteine optimiert, einschließlich: Anzahl der LEDs und deren Reichweite, Leistung und Farbe, die Anzahl der Photodioden und deren Reichweite, die Bereitstellung von Lichtbarrieren und Filtern sowie die Zeitvorgabe des LED-Betriebs und den Einbau von Schnittstellen zu den LEDs und den Photodioden.
Ein Modul, dass alle erforderlichen Funktionsbausteine mit PPG-spezifischer Optimierung und Software enthält, entbindet von der Aufgabe, die geschilderten Implementierungsprobleme selbst zu lösen. Das "AS7000", ein Sensorsystem-on-Chip von ams, ist eine solche integrierte Lösung für PPG-Armbänder, untergebracht in einem 4 mm x 6 mm x 1 mm großen Modul. Es schließt LEDs, Photodetektoren, optische Signalverarbeitung und ein analoges Frontend mit ein (Bild 4). Ein "Cortex-M0"-Prozessorkern von ARM und die Algorithmen von ams berechnen aus den Messwerten die aktuelle Herzfrequenz (in Herzschläge/Minute) und geben diese aus; das System misst bei Anwendungen für die Herzfrequenzvariabilität außerdem die Abstände zwischen Höchstwerten (in Millisekunden). Das analoge Frontend des AS7000 lässt sich auch so programmieren, die PPG-Signalqualität derart zu optimieren, dass die Berechnung der Parameter zusätzlicher Vitalwerte wie Atmungsrate, Blutoxygenierung und sogar Blutdruck möglich ist.
Zusammenspiel von Sensoren
Da der breitgefächerte Markt für tragbare Geräte Produkte mit einem leistungsstarken Host-Controller einschließt (z. B. Smartwatches) und ohne (einfache Armbänder), wurde das AS7000 so konzipiert, dass es entweder mit dem HRM-Algorithmus on-board läuft oder mit dem Anwendungsprozessor des Systems arbeitet. Das IC bietet Schnittstellen und ausreichend Speicherplatz für Algorithmen und Housekeeping-Funktionen. Entwickler können den Chip auch in andere Teile des Produktdesigns integrieren.
Bild 3 zeigt das AS7000 mit der Verwendung eines eigenen Beschleunigungssensors zur Kompensation von Bewegungsartefakten. Der Chip kann jedoch auch Daten von Beschleunigungssensoren verwenden, die vom Rest des Systems mitbenutzt werden, vorausgesetzt der Sensor stellt die Daten in exakten Abständen bereit.
Wie beschrieben hat der mechanische Aufbau des optischen Systems großen Einfluss auf die Leistung. Aus diesem Grund wird das AS7000-IC als Teil einer Gesamtlösung geliefert, das sowohl für die Hardware-Funktionen des Moduls optimierte HRM-, HRV- und Pulsoxymetrie-Algorithmen als auch optomechanischen Support während der Design-in-Phase umfasst.
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