光電容積脈搏波描記術（Photoplethysmography，PPG）是一種用於心率監測儀（HRM）和外周毛細血管氧飽和度（SpO2）測量的流行光學技術。它簡易方便，因為只需將LED和光電探測器（PD）連接到身體上即可。
PPG的基本理論基於人體組織的光吸收變化，這與氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白的相對濃度的變化相關。由心臟收縮和舒張引起的血容量變化可用於估計動脈血氧飽和度。
實現傳統的參數測量無法實現的功能
可參考我們最新的參考設計瞭解更多資訊，“支援Bluetooth®5的多波長光學HRM和SpO2監控參考設計。"
PPG信號易受運動偽影的影響，這取決於光源的波長。光吸收以及因此進入組織的穿透深度取決於波長。紅外和近紅外（NIR）等較長波長的吸收相對較低，可實現更深入的組織穿透。諸如綠色和藍色等波長較短的光被黑色素強烈吸收；因此，進入組織的穿透深度相對較淺。因此，紅色和近紅外光PPG受制於偽影，而綠色和藍色光PPG相對沒有偽影。
圖1所示為波長為400至1,000 nm的光信號的皮膚穿透深度。
圖1：顯示一系列不同波長光源的光學穿透深度（δ）
在多工配置中使用多個LED和PD可實現多波長測量和監測。每個二極體和檢測器可支援不同波長，也可以多工的方式（在不同的採樣階段）使用，以監控不同的參數。
採用Bluetooth®5的多波長光學HRM和SpO2監控參考設計採用AFE4420單晶片生物傳感前端，同時支持四個LED和四路時分多工光電探測器輸入。它集成了靈活的LED驅動器和光電探測器的完整接收器鏈。
信號採集最多可在16相完成，且每相都可靈活分配LED和PD（參見圖2）。它與CC2640R2FSimpleLink™藍牙低功耗無線微控制器（MCU）通信，後者通過串列外設介面或I2C集成了Arm®Cortex®-M3和2.4-GHz射頻（RF）收發器。該設計支援使用聯合測試行為組織連接捕獲有線資料，並通過Bluetooth 5將其發送捕獲無線資料。
圖2: 多波長光學HRM和SpO2監控參考設計框圖
該設計的主要特點包括：
• 用於計算心率、SpO2和其它相關參數的原始PPG資料。AFE4420在市場上具有獨特的集成度、低功耗和尺寸，並提供超低功耗模式的靈活性和集成的先進先出功能，可使MCU保持睡眠模式，以延長電池壽命。
• 使用CC2640R2F實現無線連接。CC264R2F集成Arm Cortex-M3和2.4-GHz RF收發器支援Bluetooth 4.2和5.0設定檔，也可用作主機處理器。內部DC/DC轉換器有助於提高整體系統效率並延長電池壽命。內置的低電池檢測演算法有助於減少可穿戴應用中的外部元件。
• 使用紐扣電池進行低功耗操作。該設計採用單個3-V、500 mA Cr3032紐扣電池，經測試可連續運行100小時；若不間斷傳送，則電池壽命為30天。
該參考設計專為醫療、個人健康護理和健身應用而設計，並附有設計指南、原理圖、佈局圖和物料清單檔，可助您快速評估和加速產品開發。它有助於即時監控和資料記錄功能，並支援針對不同配置的優化。
更多參考資料：
• “無線連接：創建下一代無線病人監護儀。”
• “用於生物計量可穿戴設備的光學心率感測器。”
• “從50多個生物識別可穿戴產品開發週期中吸取的10個教訓。”
• 下載我們最新的模擬設計期刊文章，”改善可穿戴式病人監護儀和醫用貼片的電池壽命。”
