光學傳感器聚焦我們的福祉，闡明可以指導我們行為的可操作見解。“光學傳感很重要，因為它用途廣泛。我們將一些光線照射到我們想要分析的區(qū)域，光將與分析物相互作用，我們觀察光線如何變化，“Maxim的Ian Chen解釋道?！斑@是非常非侵入性的，也是非破壞性的。

Chen是該公司工業(yè)和醫(yī)療保健業(yè)務部門的執(zhí)行董事，他解釋說，在光學傳感中，我們正在測量光路是如何變化的，檢查光強度、熒光的存在、干涉圖案和光的不同行為等因素。傳統(tǒng)的家用煙霧探測器是常見傳感系統(tǒng)的一個例子。這些探測器測量在光學室中遮擋光線的微粒，假設任何阻擋光線的東西都是煙霧。但它們?nèi)菀壮霈F(xiàn)誤報。另一方面，智能光學感應煙霧探測器將利用兩種顏色的光，因為光因顏色而異。當煙霧被露天捕獲時，使用光學傳感可提供更快的響應，并且由于探測器可以密封，因此這種方法也非常堅固。

在醫(yī)療保健應用中，光學心率監(jiān)測涉及將光（通常是綠色LED）照射到人體組織中。然后檢查穿過或返回的光以確定該組織內(nèi)發(fā)生了什么。當心臟搏動時，進入動脈的血液量會膨脹和收縮，從而改變吸收或反射的光量。當接收到光時，產(chǎn)生的信號與人類心跳成比例且同步。然而，挑戰(zhàn)在于皮膚不均勻;它的妝容因人而異。皮膚由多層組織組成，每層組織都有自己的反射和透射指數(shù)。因此，光學設計軟件將組織的CAD模型與收集的光學心率監(jiān)測器數(shù)據(jù)集成在一起，以揭示見解?！皞鞲惺顷P于我們?nèi)绾螐乃衅渌绊懡邮招盘柕臇|西中提煉出我們想要的信號。因此，這不僅僅是感知信號。我們需要了解生物學，“陳說。

這不僅僅是關于心跳

皮膚光學特性的差異將影響檢測到的光電容積描記圖（PPG）信號的大小和質量。PPG是一種光學獲得的體積描記圖，它提供體積測量，通常用于可穿戴設備中以監(jiān)測生命體征。陳指出，設計人員還必須考慮諸如可穿戴設備的運動將如何影響接收信號，氣隙如何降低接收信號的強度，覆蓋信號的玻璃如何影響信號等因素。

脈搏中的信息比心跳多得多。如果你看一下信號的形狀，每個特征實際上都可以告訴我們額外的信息。使用光來詢問毛細血管是多維現(xiàn)象的一維表示。通過機器學習，我們可以查看脈搏的形狀，峰值的高度，峰值的潛伏期 - 所有這些信息都可以應用于了解有關患者的其他事情，“他向全體觀眾解釋道。

雖然皮膚的構成顯然不在設計師的控制范圍之內(nèi)，但可以通過系統(tǒng)設計來控制的是豐富指數(shù)（PI）。PI是PPG信號的交流部分與其直流部分之間的比率。Chen解釋說，該設備的機械設計，就像可穿戴設備一樣，可以以某種方式最大化PI。例如，多個LED或多個光電探測器可以使可穿戴設備不易受到偶然運動的影響。與手表格式不同，貼片或入耳式設計也可以較少受到運動的影響。將機器學習應用于心率或PPG信號提供了一種了解和調整系統(tǒng)中噪聲的方法。

使用多個光學傳感器也是有益的。在評估光學傳感器時，Chen討論了IC應該解決的一些考慮因素。在發(fā)射路徑上，LED驅動器噪聲和線性度是設計關注的問題之一，因為LED電源信號中的任何噪聲都會影響LED信號強度。在接收路徑上，環(huán)境光消除、寬信號范圍和高信噪比非常重要。他說，Maxim的環(huán)境光消除功能值得注意，因為它采用了兩步法：

模擬粗略消除，在LED關閉時捕獲環(huán)境光水平，然后在對PPG信號進行采樣之前從光電探測器輸出中減去。為避免轉換器飽和，在采樣前去除粗大的直流信號。

數(shù)字精細消除，采樣時 LED 熄滅，消除殘余的 DC、AC 和 1/F 噪聲

Chen指出，光學傳感不斷發(fā)展，每一代產(chǎn)品的功耗都有所改善。反過來，更低的功耗支持傳感器融合等功能?！爱斘覀冄芯總鞲衅魅诤蠒r，有幾個想法可以提出。可穿戴傳感器可用于監(jiān)測，比如心跳或血壓，或者它們可以用來為用戶提供一組連續(xù)的信息，“陳說，并指出這兩種用例都是有效的，但功耗曲線非常不同。

審核編輯：郭婷