【導讀】用於個人健康和保健的可穿戴設備是一個快速增長的市場。有腕帶設備（以 Fitbit 和 Garmin 等為代表）
，但它們隻是一個起點。人們還對用於監測心率和血氧 （SpO2） 水shui平ping的de更geng先xian進jin的de可ke穿chuan戴dai設she備bei產chan生sheng了le極ji大da的de興xing趣qu，因yin為wei這zhe些xie設she備bei提ti供gong了le對dui心xin髒zang功gong能neng和he健jian康kang的de重zhong要yao洞dong察cha。為wei了le獲huo得de最zui大da的de洞dong察cha力li，這zhe種zhong監jian控kong需xu要yao 24/7（或幾乎如此）在活動和休息狀態下進行。

用於個人健康和保健的可穿戴設備是一個快速增長的市場。有腕帶設備（以 Fitbit 和 Garmin 等為代表），但它們隻是一個起點。人們還對用於監測心率和血氧 （SpO2） 水shui平ping的de更geng先xian進jin的de可ke穿chuan戴dai設she備bei產chan生sheng了le極ji大da的de興xing趣qu，因yin為wei這zhe些xie設she備bei提ti供gong了le對dui心xin髒zang功gong能neng和he健jian康kang的de重zhong要yao洞dong察cha。為wei了le獲huo得de最zui大da的de洞dong察cha力li，這zhe種zhong監jian控kong需xu要yao 24/7（或幾乎如此）在活動和休息狀態下進行。

有趣的是，心率和血氧水平的測量呈現出兩種截然不同的情況


，但它們正在趨同。顯然，心率是一個非侵入性的、易於測量的參數，至少在原則上是這樣：您所需要的隻是接觸受試者的手腕
、測量時間的手表，或許還有其他人來讀取讀數。然而
，盡管這樣做顯然很容易
，但它不能連續進行
，盡管可以經常進行——但受試者必須處於坐姿（靜止）模式。

血氧讀數呈現出一個非常不同的故事。［氧飽和度是指血液中氧飽和血紅蛋白相對於總血紅蛋白（不飽和+飽和）的分數。］直到 1970 年nian代dai
，它ta隻zhi能neng通tong過guo采cai集ji血xue樣yang然ran後hou將jiang其qi送song到dao醫yi院yuan的de侵qin入ru性xing程cheng序xu來lai測ce量liang。實shi驗yan室shi。從cong很hen多duo方fang麵mian來lai看kan，這zhe顯xian然ran是shi一yi個ge令ling人ren不bu快kuai甚shen至zhi有you風feng險xian的de場chang景jing，並bing且qie顯xian然ran限xian製zhi了le更geng新xin的de頻pin率lv（而且成本也很高）。然而，使用通過皮膚和血管在兩個不同波長的光學衰減讀數

，可以準確、連續和實時地確定 SpO2 水平。

為什麼要考慮參考設計？

如果一個有效的脈搏血氧飽和度係統隻需要幾個 LED、光電傳感器和 IC，這zhe似si乎hu是shi一yi個ge相xiang當dang簡jian單dan的de設she計ji和he故gu事shi的de結jie尾wei。然ran而er
，現xian實shi要yao複fu雜za得de多duo，在zai大da多duo數shu現xian實shi世shi界jie的de測ce試shi和he測ce量liang情qing況kuang下xia幾ji乎hu總zong是shi如ru此ci
，尤you其qi是shi在zai醫yi療liao應ying用yong中zhong。

這就是 Maxim 開發MAXREFDES117#參考設計的原因，這是一款低功耗、光學心率模塊
，包括集成的紅色和 IR LED 以及電源。這塊小板（僅 0.5in × 0.5in/1.25cm × 1.25cm，圖 1）可以放在手指或耳垂上以準確檢測心率。它包括一個心率/SpO2 傳感器 （MAX30102）、一個降壓轉換器 （MAX1921）和一個精確的電平轉換器 （MAX14595）。

圖 1. 使用 MAXREFDES117# 參考設計，設計人員可以測試他們的想法並將其集成到更大的醫療設備中。

MAXREFDES117# 參考設計解決了哪些心率檢測挑戰
？首先
，基本傳感器數據被噪聲（例如微小的用戶移動）以及其他異常破壞。此外，透光率與被測量的兩個參數（尤其是 SpO2）之間的關係不是簡單的表格查找或數據與最終答案之間的曲線擬合。相反
，它相當複雜，需要校準、補償和確定一些方程常數，以及允許組件變化、溫度係數和其他因素。甚至測試和驗證結果也是一項挑戰。

但緊湊、完整的硬件隻是所需設計的一部分。該模塊可與 Arduino 和 ARM® mbed™ 平台一起使用，以實現快速測試
、開發和係統集成。它還在示例固件中包含一個基本的開源心率和 SpO2 算法。

包含用戶可以根據需要修改和改進的心率算法是參考設計故事的主要部分。在 AACN 重症監護程序手冊中
，Sandra L. Schutz 詳細說明了為什麼從原始傳感器讀數到有意義、準確的讀數的路徑是複雜而微妙的。這取決於應用場景（例如 sedate v. active）
，這就是為什麼算法本身可能需要 OEM 進行微調的原因
；為運動中的運動員設計的產品在外形、用戶界麵甚至算法細節上都不同於專為靜止對象設計的產品。這些場景屬於運動拒絕的類別。誠然
，MAXREFDES117# 沒有加速度計，也沒有後續的運動抑製。

要使參考設計運行，用戶必須做一件簡單的事情：隻需添加 2V 至 5.5V 電源；功耗約為 5mW，電流需求在低個位數 mA 範圍內。BOM、原理圖
、布局文件和 Gerber 文件都可以從Maxim 網站的設計資源選項卡中獲得。如果這還不夠
，參考設計的電路板甚至可以從 Maxim 購買。

Maxim 參考設計非常完整，用戶可以將其按原樣打包到最終產品中，從而避免“重新發明輪子”（可以這麼說）用於光電容積脈搏圖 （PPG） 的基本現成設計-基於光學的心率/SpO2 傳感器。或者，他們可以將其用作大型醫療設備的一部分，同時檢測、測量和監控多個健康和活動參數。

（作者：David Andeen）

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