Der optische Sensor Si117x bietet eine Lösung mit höherem Integrationsgrad.

Der optische Sensor Si117x bietet eine Lösung mit höherem Integrationsgrad. Silicon Labs

Die Hersteller von am Körper tragbaren Elektronikgeräten bauen laufend neue Funktionen zur Herzfrequenzmessung in ihre Gesundheits- und Fitnessprodukte ein. Unter anderem enthalten diese Herzfrequenzsensoren bestimmte Einzelkomponenten in den hochintegrierten Modulen, wie Analog-Front-End (AFE), Photodetektoren und Leuchtdioden (LEDs) etc. Diese Module unterstützen ein benutzerfreundlicheres Implementierungsmodell, mit dem sich die Herzfrequenzmessfunktion mühelos in Wearables integrieren lässt. Darüber hinaus lassen sich damit die Kosten sowie die Komplexität der Produkte verringern, gleichzeitig wird eine schrittweise Reduzierung der Kosten für Herzfrequenz-Messsensoren vorangetrieben.

Unterschiedliche Designanforderungen

Nicht immer sind die verschiedenen Herzfrequenz-Messanwendungen identisch, nicht zuletzt aufgrund der Tatsache, dass die Systementwickler viele unterschiedliche Designanforderungen berücksichtigen müssen, unter anderem Produktkomfort, Erfassungsgenauigkeit, Systemkosten, Stromverbrauch und Abweisung von Sonneneinstrahlung, unterschiedliche Hauttypen, Bewegungsverminderung, Entwicklungsdauer und Körpergröße. Alle diese Entwicklungsfaktoren beeinflussen die Art und Weise der Systemintegration, beispielsweise durch Implementierung einer hochintegrierten Modullösung oder die Nutzung von integrierten Architekturen mit mehreren Einzelkomponenten.

Die Konzeption und Realisierung eines optischen Herzfrequenzmesssystems (HRM-System, auch als Photoplethysmographie beziehungsweise abgekürzt PPG bekannt) ist ein komplexes Projekt, das sich über mehrere Fachbereiche erstrecket. Zu den Designfaktoren zählen Human Engineering, Signalverarbeitung und -filterung, optisches und mechanisches Konzept, rauscharme Signalempfangsschaltung und rauscharme Stromimpulserzeugung.

Das gängige Basisverfahren zur Messung der Herzfrequenz nutzt den optischen Modus, der Herzfrequenzdruckwellen aus dem menschlichen Gewebe ausliest. Indem der Übertragungsweg des Strahls nach dem Eindringen in die Haut erfasst wird und durch die von den Herzfrequenzdruckwellen verursachten Blutausdehnungs- und -kontraktionsbewegungen können die über grüne LEDs in das menschliche Gewebe injizierten optischen Signale moduliert werden. Nach ihrem Weg durch die Haut kehren die Signale stark reduziert zurück und werden zur weiteren Verarbeitung durch eine Fotodiode an ein elektronisches Subsystem geleitet. Anschließend werden die aus dem Impuls abgeleiteten amplitudenmodulierenden Signale erfasst (Bewegungsrauschen wird ausgefiltert), analysiert und angezeigt.

Thema der nächsten Seite: Eines der grundlegenden technischen Konzepte ist ein maßgeschneiderter Microcontroller

Seite 1 von 212