Page 55 - 手機為什麼還要用「獨立」ISP？

DESIGN CORNER
表1匯總列出之前考慮的各種 結構的相對功耗，假設典型電源電 壓為1.6V。此結構提供更高品質 的讀數，這是因為血管和骨骼在 手腕上的分佈不對稱，但四個PD 可協助消除運動，以及裝置佩戴 鬆緊度帶來的影響。四個PD接收 器也增加了檢測所照射血管反射 光的機率。圖7中的圖表顯示使用 4個光電二極體(配置為獨立的兩 對:LEDC1和LEDC2)測量的HR與 參考測量值(polar)之間的比較。 穿戴式裝置需要確保在測量過程 中保持良好的皮膚接觸。最初，佩 戴者先休息，5分鐘(300秒)之後開 始鍛煉，導致其HR開始上升。很明 顯，LEDC1和LEDC2上的訊號與參 考測量值的偏差程度不同，所以， 使用兩對PD來擷取訊號並綜合考 慮所有這些偏差是有益的。
實用的四通道ADC解決方案
MAX86177為一款超低功耗的 四通道光學資料擷取系統(圖8)， 具有發射和接收通道，非常適合 用於臨床級(以及通用)可攜式和 穿戴式裝置。其發射端整合兩個 高電流8位元可編程LED驅動器， 支援多達6個LED。接收端整合4個 低雜訊電荷積分前端，每個前端 包含一個獨立的20位元ADC，可 以多工來自8個PD (配置為四對獨 立)的輸入訊號。其實現了118dB 的動態範圍，在120Hz下提供高達 90dB的環境光消除(ALC)。主電源 電壓為1.8V，LED驅動電源電壓為 3.1V~5.5V。該裝置為I2C和SPI相 容介面提供完全自主支援，採用 2.83mm×1.89mm、28接腳(7×4) 晶圓級封裝(WLP)，工作溫度範圍 為-40~+85°C。該AFE的實驗室測
試樣本顯示缺氧測量的總均方根 誤差為3.12%，在FDA為臨床級監 護儀設定的3.5%限制範圍內。
結論
臨床級穿戴式裝置設計人員 面臨的主要挑戰，就是如何在不明 顯消耗裝置電池壽命的情況下進 行光學PPG測量，擷取HR和SpO2 數值。在這個設計解決方案中，可 以看出相較於使用單個LED和PD 的基本結構，四通道ADC結構可 節省高達60%的功率。MAX86177 的四通道結構整合在一個小型封 裝中，適合用於手指、手腕和耳戴 式穿戴式裝置，進行臨床級HR和 SpO2測量。此外其也適用於測量 身體水分含量、肌肉和組織的氧 飽和度(SmO2和StO2)，以及最大 耗氧量(VO2最大值)。
53
圖8:MAX86177四通道光學AFE的框架圖。
2022年9月 | www.eettaiwan.com