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采用小型化设计的可穿戴健康监测器

电子设计 ? 2019-03-20 08:51 ? 次阅读

可穿戴传感器的关键驱动因素是健康监测,小型化是该技术的关键推动因素。能够将多个传感器和数据采集子系统集成在与微控制器相同的设备上,使设计人员能够将设备的设计小型化,以适应更多的外形尺寸

例如,PulseOn的最新可穿戴健康监测器使用STMIcroelectronics的定制微机械MEMS传感器及其Stm32L微控制器。这提供了准确的连续心率测量,并且在微控制器上运行的算法将数据转换为每个人的有意义的个性化反馈。

MEMS加速度计将心率测量精度和可靠性保持在由一个心电图,并已在各种条件下进行测试,从缺乏身体活动到高水平的心血管活动。加速度计通过跟踪系统中的手部运动和振动来消除光学血流检测中的噪声,从而系统可以区分代表实际心脏脉冲的信号和仅仅是手部运动引起的噪声。加速度计还决定了佩戴者的身体活动水平。

采用小型化设计的可穿戴健康监测器

图1:PulseOn的智能可穿戴健康监测仪使用MEMS加速度计和STMicroelectronics的高度集成控制器提高血压测量的准确性。

“芯片的精度和性能使我们能够将最严格的科学标准应用于PulseOn心率测量技术,产生可靠的结果包括休息期间的节拍准确性,“PulseOn工程主管Jari NousiAInen说。 “同样重要的是,通过创造市场上最小巧,最精确的腕戴式心率监测仪,设备的微小尺寸和能量预算成为竞争优势。”

另一种小型化的方法健康监视器将尽可能多的数据捕获集成在一个芯片上。 adi公司的ADuCM350是一款高精度片上电路,设计用于便携式设备应用中的纽扣电池,如床边诊断和可穿戴设备。通过将模拟前端的电流,伏安和阻抗测量功能与灵活的开关矩阵相结合,可以在最小的占位面积中使用各种传感器,从而减小系统的整体尺寸。它使用16位,精密,160 kSPS模数转换器adc); 0.17%精密电压基准; 12位,无丢码数模转换器dac);和可重配置的超低漏电开关矩阵。还有一个温度传感器,精度为±1°C,温度范围为0°C至50°C。

该芯片还包括一个基于ARm Cortex-M3的低功耗处理器,384 kB嵌入式处理器闪存,32 kB系统SRam和16 kB闪存配置EEPROM,以及支持带显示屏,USb通信和有源传感器的便携式仪表的I/O. AFE通过高性能总线(AHB)从接口连接到ARM Cortex-M3,以及直接存储器访问(dma)和中断连接。

采用小型化设计的可穿戴健康监测器

图2:ADuCM350将运行状况监视器所需的所有元件集成到芯片级封装的单个芯片上。

为了保持系统尺寸不变,所有这些都包装在120 -lead,8 mm×8 mm芯片级球栅阵列(CSP_BGA),工作温度范围为-40°C至+ 85°C,可满足多种不同环境的需求。

当然,功率是系统小型化的重要考虑因素,因为较低的功率允许更小的电池。因此,ADuCM350具有一系列功耗模式,如动态和软件控制的时钟和电源门控。

飞思卡尔半导体的MK50DX256CLK10同样针对小型化传感器应用,具有多种集成外设。其中包括两个16位逐次逼近型SAR ADC,一个集成在每个ADC中的可编程增益放大器(PGA)(高达x64),以及两个运算放大器和两个跨阻抗放大器。对于数据输出,有两个12位DAC,三个模拟比较器(CMP)包含一个6位DAC和可编程参考输入和一个电压参考,所有这些都允许系统更高度集成。

通信接口包括带有片上收发器的USB全速/低速On-the-Go控制器,两个SPI模块和两个I 2 C模块,用于连接数字系统中的传感器,以及连接到其他串行传感器的四个uart模块。还有一个I 2 S模块链接到系统中的其他控制器和一个用于显示管理的低功耗硬件触摸传感器接口(TSI)。

所有这些都是由带有DsP指令的ARM Cortex-M4内核控制,每MHz提供1.25 Dhrystone MIPS,运行频率高达100 MHz,以最大限度地降低功耗。内存支持包括高达512 KB的程序闪存,56 KB的非易失性存储器FlexNVM和高达128 KB的RAM。 16通道DMA控制器支持多达63个请求源,允许从传感器捕获数据并存储,而无需唤醒微控制器内核,从而降低总体功耗并有助于减小设计尺寸。

采用小型化设计的可穿戴健康监测器

图3:飞思卡尔的MK50DX256CLK10通过集成简单电极的数据捕获功能,用于心率测量补丁。

MK50DX256CLK10可用于可穿戴式心脏监测贴片等应用,其中来自电极的信号由运算放大器提升,并由SAR ADC转换为数字信号,分辨率为12位。然后,M4内核可以处理信号或将其发送到链接到基本单元的无线收发器。所有这一切都可以集成到一个简单的粘合剂贴片中,该贴片带有柔性锂离子电池,可以舒适地放在患者的胸部,以监控活动,而无需复杂的胸带和许多不同的电线。这种小型化水平提高了医院的操作效率,使患者的生活更加舒适。

然而,不仅仅是32位控制器可用于小型化监测健康状况的传感器系统。德州仪器ti)的MSp430 16位系列专注于低功耗和集成,为传感器系统提供平台。用于监测糖尿病和心率监测器的血糖仪等应用是MSP430系列的目标,利用片上数据转换器。 MSP430AFE2x3是一款超低功耗混合信号微控制器,集成了三个独立的24位Σ-ΔADC,一个16位定时器,一个16位硬件乘法器,USART通信接口,看门狗定时器和十一个I/O.引脚。

同样,超低功耗是最小化设计尺寸的关键考虑因素,并且该架构具有五种低功耗模式,因此可以针对便携式测量应用中的延长电池寿命进行优化。该器件具有16位RISC cpu,具有16位寄存器和恒定发生器,有助于实现最高的代码效率,因此可实现更小,更节能的设计。数字控制振荡器(DCO)允许在不到1μs的时间内从低功耗模式唤醒到活动模式。

采用小型化设计的可穿戴健康监测器

图4:德州仪器(TI)的MSP430AFE系列集成了Σ-Δ模数转换器和16位RISC控制器,可实现紧凑,低功耗的健康监测设计。

结论

现代微控制器的高级集成是为健康监视器的小型化做出了巨大贡献,接近了将绝大多数功能组合在一个芯片上的程度。系统开发人员总是需要单独的传感器来区分他们的设计,但是小型化数据采集和系统设计的模拟前端允许更多的健康监测功能被包含在更小的形状因子中。仔细管理功耗的能力还允许足够的电池寿命,但也意味着可以使用更小的电池来进一步减小系统的尺寸。

在灵活总线上安装数据采集外设还有助于减小系统尺寸,因为多个传感器可以链接到相同的数据转换器。只要功能正交并且传感器不会同时使用,灵活性就可以实现更小的引脚排列,因此占用空间更小。

然而,PulseOn的例子表明,越来越多的传感器被一起使用 - MEMS加速度计与光学血流传感器同时使用,以提高最终数据的质量。这为设计师带来了更多的挑战,他们的目标是将布局缩小到尽可能小的系统尺寸,但同时也为缩小健康监视器的大小和提高信息质量提供了机会。

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信息 LC717A10AJ是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有16通道电容传感器输入。这使其成为需要许多开关的产品的理想选择。由于校准功能和ON / OFF的判断是在LSI内部自动执行的,因此可以使开发时间更短。每个输入的检测结果(ON / OFF)可以通过串行接口(I C兼容总线或SPI)读出。此外,每个输入的测量值可以作为8位数字数据读出。此外,可以使用串行接口调整增益和其他参数。 检测系统:差分电容检测(互电容型) 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 测量间隔(16个差分输入): 30ms(典型值)(初始配置时), 6ms(典型值)(最小间隔配置)< / li> 用于测量的外部组件:不需要 接口:I C兼容总线或SPI可选。 电流消耗:570μA(典型)(V = 2.8 V),1.3 mA(典型值)(V = 5.5 V) 电源电压:2.6 V至5.5 V < / li> 检测操作:切换...
发表于 04-18 20:26 ? 12次 阅读
LC717A10AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

LC717A00AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

信息 LC717A00AJ是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有8通道电容传感器输入。内置逻辑电路可以检测每个输入的状态(ON / OFF)并输出结果。这使其成为各种开关应用的理想选择。在电源激活期间或环境发生变化时,内置逻辑电路会自动执行校准功能。此外,由于配置了参数的初始设置(如增益),因此在应用推荐的开关模式时,LC717A00AJ可以独立运行。此外,由于LC717A00AJ具有与I C和SPI总线兼容的串行接口,因此可以根据需要使用外部设备调整参数。此外,8输入电容数据的输出可以作为8位数据进行检测和测量。 检测系统:差分电容检测(互电容型) 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 测量间隔(8个差分输入): 18ms(典型值)(初始配置时), 3ms(Typ (最小间隔配置) 用于测量的外部元件:不需要 电流消耗:320μA(典型值)(V = 2.8 V), 740μA(典型值)(V = 5.5 V) 电源电压:2.6 V至5.5 V 检测操作:开关 接口:I C兼容总线或SPI可选。...
发表于 04-18 20:26 ? 11次 阅读
LC717A00AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

LB11683H 三相无传感器电机驱动器

信息 LB11683H是一款三相全波电流线性驱动无传感器电机驱动器。它采用无传感器控制系统,无需使用霍尔效应器件。为了实现更安静的运行,LB11683H具有电流软开关电路,是驱动冰箱等冷却风扇电机的理想选择。 电流线性驱动器 内置限流电路 输出级过饱和防止电路 线圈反电动势FG输出 内置热关断电路 节拍锁定防止电路 锁定保护电路 锁定检测输出
发表于 04-18 20:18 ? 13次 阅读
LB11683H 三相无传感器电机驱动器

LA0151CS 环境光传感器,线性电流输出,具有2级增益切换

信息 LA0151CS是一种线性电流输出型照明(环境光)传感器,具有2级增益切换。 极小的封装(1.01 * 1.01 * 0.6 mm) 低功耗(1000 Lux时150uA) IR区无敏感 低增益模式功能(-35 dB)
发表于 04-18 20:17 ? 8次 阅读
LA0151CS 环境光传感器,线性电流输出,具有2级增益切换

QSE259 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC? IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 ? 2次 阅读
QSE259 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE258 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC? IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 ? 0次 阅读
QSE258 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE256 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC? IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 ? 0次 阅读
QSE256 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE159 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE15X 系列是在输出处配有施密特触发器的 OPTOLOGIC? IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅 IC 封装类型:侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色:黑色环氧树脂 还提供透明包装:“C”后缀 匹配发射极:QEE113/QEE123 日光过滤器 高灵敏度 直接的 TTL/LSTTL 接口...
发表于 04-18 20:16 ? 0次 阅读
QSE159 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE257 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC? IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 ? 0次 阅读
QSE257 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE158 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE15X 系列是在输出处配有施密特触发器的 OPTOLOGIC? IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅 IC 封装类型:侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色:黑色环氧树脂 还提供透明包装:“C”后缀 匹配发射极:QEE113/QEE123 日光过滤器 高灵敏度 直接的 TTL/LSTTL 接口...
发表于 04-18 20:16 ? 20次 阅读
QSE158 塑硅光电逻辑光电传感器

QSD2030F 塑料硅光电传感器

信息QSD2030F PIN光电二极管 封装类型: T-1 3/4(5mm透镜尺寸) 宽接收角,40° 日光过滤器 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 高灵敏度 峰值敏感度l = 880nm
发表于 04-18 20:16 ? 15次 阅读
QSD2030F 塑料硅光电传感器

QRD1113 反射对象传感器

信息QRD1113/14反射对象传感器由一个红外发光二极管和一个NPN硅光敏达林顿放大器并排安装在一个黑色塑料外壳中构成。 轴上的发射器辐射和探测器响应都垂直于QRD1113/14的表面。 只有当探测器的视场中出现反射物或反射表面,二极管发出辐射时,光敏达林顿放大器才会作出响应。 光电晶体管输出 无接触表面感测 未聚焦感测扩散表面 紧凑封装 传感器上的日光过滤器
发表于 04-18 20:16 ? 19次 阅读
QRD1113 反射对象传感器

QRE1113 反射对象传感器

信息QRE1113 光电晶体管输出 无接触表面感测 微型封装 时尚设计: 鸥翼式 两种引脚形式选择: 通孔(QRE1113)SMT鸥翼式(QRE1113GR) 两种封装选择: 管状(QRE1113)卷带和卷盘(QRE1113GR)
发表于 04-18 20:16 ? 17次 阅读
QRE1113 反射对象传感器

QRD1114 反射对象传感器

信息QRD1113/14反射对象传感器由一个红外发光二极管和一个NPN硅光敏达林顿放大器并排安装在一个黑色塑料外壳中构成。 轴上的发射器辐射和探测器响应都垂直于QRD1113/14的表面。 只有当探测器的视场中出现反射物或反射表面,二极管发出辐射时,光敏达林顿放大器才会作出响应。 光电晶体管输出 无接触表面感测 未聚焦感测扩散表面 紧凑封装 传感器上的日光过滤器
发表于 04-18 20:15 ? 17次 阅读
QRD1114 反射对象传感器

XTR105-DIE 具有传感器激励和线性化的 4-20mA 电流发送器

信息描述 XTR105 是一款带有两个精准电流源的单片 4-20mV,2 线制电流发送器。 它提供针对铂 RTD 温度传感器和桥、仪表放大器、和一个单集成电路上的电流输出电路的完整电流激励。多用途线性化电流提供一个对 RTD 的第二阶修正,通常可以实现一个 40:1 的线性改进。 仪器放大器增益可针对宽范围的温度或者压力测量进行配置。 整个电流发送器的总体未调整误差足够低以允许在未经调整的情况下用于很多应用。 这包括零输出电流漂移,和非线性。 XTR105 在环路电源电压上运行。特性 低未调整误差 两个精准电流源 线性化 2 线制或者 3 线制远程电阻温度检测器 (RTD) 操作 低偏移漂移 低输出电流噪声 高电源抑制 (PSR) 高共模抑制 (CMR) 宽电源电压...
发表于 04-18 20:10 ? 23次 阅读
XTR105-DIE 具有传感器激励和线性化的 4-20mA 电流发送器

TLV1548-Q1 具有串行控制和 8 个模拟输入的汽车类低压 10 位模数转换器

信息描述The TLV1548 is a CMOS 10-bit switched-capacitor successive-approximation (SAR) analog-to-digital (A/D) converter. The device has a chip select (CS), input-output clock (I/O CLK), data input (DATA IN) and serial data output (DATA OUT) that provides a direct 4-wire synchronous serial peripheral interface (SPI?, QSPI?) port of a host microprocessor. When interfacing with a TMS320 DSP, an additional frame sync signal (FS) indicates the start of a serial data frame. The device allows high-speed data transfers from the host. The INV CLK\ input provides further timing flexibility for the serial interface. In addition to a high-speed converter and versatile control capability, the device has an on-chip 11-channel multiplexer that can select any one of eight analog inputs or any one of three internal self-test voltages. The sample-and-hold function is automatic except for the extended sampling cycle, where the sampling cy...
发表于 04-18 20:09 ? 35次 阅读
TLV1548-Q1 具有串行控制和 8 个模拟输入的汽车类低压 10 位模数转换器

TLC2543-Q1 具有串行控制和 11 个模拟输入的汽车类 12 位模数转换器

信息描述The TLC2543 is a 12-bit, switched-capacitor, successive-approximation, analog-to-digital converters. Each device, with three control inputs [chip select (CS), the input-output clock, and the address input (DATA INPUT)], is designed for communication with the serial port of a host processor or peripheral through a serial 3-state output. The device allows high-speed data transfers from the host. In addition to the high-speed converter and versatile control capability, the device has an on-chip 14-channel multiplexer that can select any one of 11 inputs or any one of three internal self-test voltages. The sample-and-hold function is automatic. At the end of conversion, the end-of-conversion (EOC) output goes high to indicate that conversion is complete. The converter incorporated in the device features differential high-impedance reference inputs that facilitate ratiometric conversion, scaling, and isolation of analog circuitry from logic and supply noi...
发表于 04-18 20:07 ? 28次 阅读
TLC2543-Q1 具有串行控制和 11 个模拟输入的汽车类 12 位模数转换器

AC1361 CJC传感器

信息产品分类接口和隔离 IOS子系统Additional 6B Resources: Accessories, Backplanes and Power SuppliesSales and Service: North America (SCS Embedded Tech), Rest of World
发表于 04-18 19:15 ? 18次 阅读
AC1361 CJC传感器

AC1345 带CJC传感器的独立模块安装套件

信息产品分类接口和隔离 IOS子系统Additional 3B Resources: Accessories, Backplanes and Power SuppliesSales and Service: North America (SCS Embedded Tech), Rest of WorldDownload a PDF copy of this user manual
发表于 04-18 19:15 ? 22次 阅读
AC1345 带CJC传感器的独立模块安装套件
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