Bouw een volledig draadloze fitness-hearable — Deel 1: hartslag- en Spo2-meter

Opmerking van de redactie: Hoewel fitness-hearables veel potentieel hebben, vormen ze aanzienlijke ontwerpuitdagingen op drie belangrijke gebieden: biometingen, audioverwerking en draadloos opladen. In deze reeks van drie artikelen wordt elk van deze uitdagingen besproken. Daarnaast wordt ontwikkelaars getoond hoe ze gebruik kunnen maken van ultra-low-power componenten om effectieve fitness-hearables te bouwen. Hier in deel 1 richten we ons op biometingen.

Slimme draadloze audio-oordopjes, ook wel volledig draadloze hearables genoemd, zijn ontwikkeld als een populaire manier voor het afspelen van audio, vooral tijdens fitnessactiviteiten wanneer snoertjes bewegingsvrijheid of het gebruik van fitnessapparatuur kunnen belemmeren. Door het meten van de hartslag (HS) en zuurstofverzadiging aan deze ontwerpen toe te voegen, kunnen ontwikkelaars zogenaamde fitness-hearables bouwen die zowel audio spelen als gezondheidsgegevens meten.

Hoewel het toevoegen van biometingen veelbelovend is, vormen de beperkingen voor de grootte en het stroomverbruik deze producten enorme ontwerpuitdagingen.

In dit artikel worden allereerst verschillende gezondheidsmetingen besproken. Vervolgens wordt een biosensor van Maxim Integrated geïntroduceerd die hartslag en zuurstofverzadiging meet via een draadloos oordopje.

Gezondheidsmetingen

Naast een klinische rol als vitale functie van patiënten, is de HS een essentiële maatstaf geworden voor prestaties voor zowel fitnessfanaten als competitieve atleten. Variaties in HS geven de onderliggende fysiologische gezondheid en conditie weer en niet-invasieve metingen van deze variaties kan eenvoudig en effectief worden uitgevoerd met behulp van een fotoplethysmogram (PPG). Een PPG meet veranderingen in de transmissie of reflectie van licht bij een bepaalde frequentie, meestal circa 520 nanometer (nm) (groen), die door veranderingen in het bloedvolume in het weefsel worden veroorzaakt, aangezien het hart bloed door het weefsel pompt.

Deze relatief eenvoudige techniek biedt niet alleen basisgegevens over de hartslag, maar kan ook klinische problemen zoals premature ventriculaire contractie (PVC) aan het licht brengen, en is eenvoudiger dan bloeddrukmetingen of een hartfilmpje (elektrocardiogram of ECG) (Afbeelding 1).

Afbeelding 1: Met behulp van eenvoudige optische methodes kan een PPG hartafwijkingen detecteren, zoals voortijdige ventriculaire contractie (PVC), zonder bloeddrukmeting (BP) of een hartfilmpje (ECG). (Bron afbeelding: WikiMedia Commons/CC BY- SA)

Hoewel HS-monitoring met PPG belangrijke informatie verschaft, willen veel gebruikers meer weten over hun fysieke conditie en de effectiviteit van hun training. Pulsoximetrie verstrekt deze details door de verhouding tussen geoxygeneerd of zuurstofrijk hemoglobine (HbO₂) en gedeoxygeneerd oftewel zuurstofarm hemoglobine (Hb) te meten. Hemoglobine is het eiwitmolecuul in rode bloedcellen dat zuurstof naar de organen en weefsels van het lichaam voert. Op basis van deze verhouding meet een pulsoximeter perifere capillaire zuurstofverzadiging (SpO₂), wat een betrouwbare, niet-invasieve schatting biedt van arteriële zuurstofverzadiging (SaO₂) uitgevoerd via klinische metingen met bloedgasanalyse.

Om deze schatting te geven, meet een pulsoximeter het verschil in absorptie van licht door een stukje huid bij twee verschillende frequenties, meestal ongeveer 660 nm (rood) en 880 nm (infrarood). Deze twee frequenties komen overeen met pieken in de absorptiespectra van hemoglobine in respectievelijk gedeoxygeneerde en geoxygeneerde toestand, waardoor een snelle schatting van zuurstofverzadiging van het bloed mogelijk is (Afbeelding 2).

Afbeelding 2: Niet-invasieve optische pulsoximetriemethoden gebruiken de verhouding tussen geoxygeneerd hemoglobine (HbO2, rode lijn) en gedeoxygeneerd hemoglobine (Hb, blauwe lijn), gewoonlijk gemeten bij respectievelijk 880 nm en 660 nm, om de capillaire zuurstofverzadiging (SpO₂) te meten. (Bron afbeelding: WikiMedia Commons/CC BY- SA)

De PPG- en pulsoximetriemethoden zijn qua techniek vrij eenvoudig. In de praktijk kan de implementatie van deze methoden echter grote uitdagingen met zich meebrengen, met name bij ontwerpen voor wearables. Zowel PPG- als pulsoximetrie-methoden zijn namelijk afhankelijk van een fotodiode om het licht van groene, rode of infrarode (IR) leds dat door de huid in fitnessarmbanden of smartwatches wordt gereflecteerd (of bijvoorbeeld door een oorlel wordt doorgelaten), nauwkeurig te meten.

Elke externe lichtbron of onderbreking van het optische pad, bestaande uit led, huid en fotodiode, kan de nauwkeurigheid van biometingen in deze systemen beïnvloeden. Zelfs normale variaties in omgevingslicht kunnen meetartefacten veroorzaken. Zo kunnen er meetfouten optreden bij extreme veranderingen in omgevingslicht, zoals wanneer de gebruiker door een gebied loopt met afwisselend fel zonlicht en donkere schaduw (dit wordt het ‘picket fence-effect’ genoemd in optische metingen). Ook kunnen plotselinge armbewegingen tijdens een intensieve training of zelfs routinematige oefeningen de fitnessarmband of smartwatch schudden, wat resulteert in vergelijkbare artefacten of signaalverlies.

Oordopjes met sensoren

In tegenstelling tot gezondheidsmonitors die je om je pols draagt, kan biodetectie in het oor bepaalde storingsbronnen elimineren en daardoor nauwkeuriger resultaten leveren, zelfs bij armbewegingen waarbij fitnessarmbanden en smartwatches niet goed werken¹. Hoewel er al een aantal biomeetcomponenten verkrijgbaar zijn, zijn de opties die ontwikkelaars hebben voor het implementeren van fitness-oordopjes beperkt, vanwege de strenge vereisten op het gebied van stroomverbruik en grootte.

Om in het oor te blijven zitten, moeten deze apparaatjes klein en licht zijn. Deze fundamentele vereisten beletten het gebruik van batterijen met een grote capaciteit die nodig zijn voor de meer conventionele ontwerpoplossingen voor biometingen. Als gevolg zijn ontwerpen voor fitness-oordopjes gewoonlijk beperkt tot een kleinere stroombron, vergeleken met om de pols gedragen producten.

Toch moet er voldoende stroom beschikbaar zijn om de verschillende functionele eisen te ondersteunen van toepassingen zoals de fitness-hearable die het onderwerp is van deze reeks artikelen. Voor het uitvoeren van de optische metingen die centraal staan in dit artikel, heeft een effectief ontwerp voldoende stroom nodig om de groene, IR en rode leds, evenals de fotodiode en bijbehorende analoge front-end (AFE), van stroom te voorzien. Deze verschillende optische en elektronische componenten moeten vervolgens ondergebracht worden in een compacte behuizing die aan de strenge eisen voldoet én de integriteit van het optische signaalpad waarborgt.

Een low-power biosensor van Maxim Integrated voldoet aan deze uiteenlopende vereisten.

Gespecialiseerde biosensor

De MAXM86161 van Maxim Integrated is ontworpen voor gezondheidsmonitoring met oordopjes en biedt een compleet subsysteem voor optische gegevensverzameling voor het continu meten van hartslag en SpO₂ met minimaal stroomverbruik. Het 14-pin component meet slechts 2,9 mm x 4,3 mm x 1,4 mm en bevat een subsysteem voor optische transmissie met drie leds en een subsysteem voor de fotodiodeontvanger met signaalverwerking, een ‘first-in first-out’ (fifo) buffer voor 128 woorden en een seriële Inter-Integrated Circuit I²C-interface (Afbeelding 3).

Afbeelding 3: De MAXM86161 van Maxim Integrated integreert subsystemen voor optische transmissie en ontvangst met een fifo voor 128 woorden, een controller en een I²C serieel interface voor een complete oplossing voor biometingen. (Bron afbeelding: Maxim Integrated)

Naast de ingebouwde groene, IR en rode leds bevat het optische transmissiesubsysteem in de MAXM86161 speciale 8-bit ledstroomomvormers (digitaal-analoog omzetters of DAC's) waarmee ontwikkelaars de stroom van elk led-station kunnen programmeren op 31, 62, 94 of 124 milliamp (mA), afkomstig van een enkele V_led-voeding, variërend van 3,0 volt (V) tot 5,5 V. Bovendien kunnen ontwikkelaars de pulsbreedte van de led-aansturing programmeren op vier verschillende tijdsduren, van ongeveer 15 microseconden (μs) tot 117 μs. Zoals hieronder wordt vermeld, biedt deze functie een belangrijk mechanisme om aan specifieke toepassingsprestatievereisten te voldoen.

Binnen het ontvangersubsysteem digitaliseert een 19-bit sigma-delta analoog-digitaal omzetter (ADC) de uitgang van de geïntegreerde fotodiode met snelheden variërend van 8 samples per seconde (sps) tot 4096 sps. Een digitaal filter zorgt vervolgens voor ruisonderdrukking door middel van het multiplexen van de frequentieverdeling (FDM) of de CDM-methode (coëfficiëntdecimatie), naar keuze van de ontwikkelaar.

Voor toepassingen waarvoor samplemetingen op verschillende resolutieniveaus nodig zijn, kan de ADC dynamisch opnieuw worden geconfigureerd om met een van de vier full-scale dynamische bereiken te werken. Door het dynamische bereik te verkleinen, kunnen ontwikkelaars de resolutie desgewenst verhogen. Een extra functie biedt een offsetwaarde waarmee zeer lage donkere stroomniveaus kunnen worden gemeten zonder het signaal te begrenzen.

Automatische correctie

Tijdens het sample-conversieproces kan het ALC-circuit (Ambient Light Correction) van de MAXM86161 worden gebruikt om automatisch de fotodiodestroom die wordt veroorzaakt door externe lichtbronnen, te annuleren. Ontwikkelaars kunnen het component ook programmeren om het niveau van omgevingslicht periodiek te meten, zodat toepassingen hun eigen ALC-algoritmen kunnen gebruiken om de gesamplede gegevens dynamisch te corrigeren, of om de led-aansturingsstroom te programmeren om de led-verlichtingsniveaus ten opzichte van de veranderende omgevingsniveaus te optimaliseren.

Naast de ingebouwde ALC-functies integreert de MAXM86161 een afzonderlijk mechanisme om het eerder genoemde picket fence-effect aan te pakken, waarbij een reeks snelle overgangen tussen heldere en donkere omgevingsniveaus samplefouten kan veroorzaken. De picket fence-functie van de MAXM86161 detecteert automatisch de zogenaamde picket-fence-samples en vervangt deze samples door geschatte waarden. Als deze functie is geactiveerd, vergelijkt de MAXM86161 de uitgang van het laagdoorlaatfilter met een geschat bereik, waarbij waarden die buiten het bereik vallen worden vervangen (Afbeelding 4).

Afbeelding 4: Het MAXM86161 picket fence-mechanisme van Maxim Integrated monitors samples (rode lijn) en vervangt automatisch samples, zoals de in de grafiek geïdentificeerde transiënt (zwarte lijn), die buiten een geprogrammeerd bereik vallen (blauwe lijnen). (Bron afbeelding: Maxim Integrated)

Autonoom samplen

Tijdens het samplen zorgt de geïntegreerde controller van de MAXM86161 ervoor dat de subsystemen voor transmissie en ontvangst worden afgestemd op het synchroniseren van een sequentie led-uitgangspulsen en de bijbehorende ingangswaarde van de fotodiode (PD). Het programma voor deze sequentie wordt door de ontwikkelaar gespecificeerd d.m.v. instellingen die in zes zogenaamde ‘slots’ (LEDCn) in een set van drie led-sequentiebesturingsregisters zijn geladen (Tabel 1). Elke LEDCn-slot specificeert een bepaalde samplebewerking bestaande uit het inschakelen van een gespecificeerde groene, IR- of rode led, gevolgd door het samplen van de bijbehorende PD.

Tabel 1: Led-uitgangspulsen van de MAXM86161 van Maxim Integrated worden in een set van drie led-sequentiebesturingsregisters geladen. (Bron tabel: Maxim Integrated)

De MAXM86161 herkent verschillende vooraf gedefinieerde waarden die overeenkomen met verschillende led-bedieningsmodi. Om bijvoorbeeld samplen van LED1 (groen), LED2 (IR) of LED3 (rood) te specificeren, stelt de ontwikkelaar het veld LEDCn[3:0] in op een binaire waarde van respectievelijk 0001, 0010 en 0011 voor de gewenste slot. Op dezelfde manier kan de ontwikkelaar het gewenste veld op een binaire waarde van 1001 instellen om omgevingslicht te samplen. Om een sequentie te programmeren die is ontworpen om LED1, LED2, LED3 en omgevingslicht te samplen, stelt de ontwikkelaar dus het volgende in:

LEDC1[3:0] = 0001

LEDC2[3:0] = 0010

LEDC3[3:0] = 0011

LEDC4[3:0] = 1001

LEDC5[3:0] = 0000

De laatste slot is ingesteld op binair ‘0000’ en geeft het einde van de sequentie aan.

De ontwikkelaar moet tevens meerdere aanvullende configuratieparameters instellen, waaronder samplesnelheid, pulsbreedte, aandrijfstroom en andere. In de praktijk worden deze verschillende configuratieparameters en led-sequentieregisters 0x21 en 0x22 (zie tabel) doorgaans ingesteld vóór registratie 0x20, omdat schrijven naar register 0x20 de MAXM86161-meetsequentie start. Zoals later in dit artikel wordt geïllustreerd, kan een softwareroutine eerst deze andere registers instellen voordat uiteindelijk naar register 0x20 wordt geschreven om de geprogrammeerde sequentie te starten.

Nadat de sequentie is geïnitialiseerd, coördineert de controller automatisch de led-uitgangspulsen en het samplen van de PD-ingang, waarbij de geprogrammeerde sequentie wordt herhaald met de gewenste samplesnelheid (Afbeelding 5).

Afbeelding 5: De controller in de MAXM86161 van Maxim Integrated voert sequenties van samplingoperaties uit die elk coördinatie van een led-uitgangspuls en bijbehorende fotodiode-samplemeting omvat. (Bron afbeelding: Maxim Integrated)

Dankzij deze programmeerbare sequentiebesturing kunnen meetmodi direct door toepassingen worden aangepast. Als de toepassing bijvoorbeeld niet de hoogste updatesnelheden voor SpO₂-metingen vereist, kan de toepassing een eenvoudige wijziging in sequentiebesturingsregisters uitvoeren om frequente updates van hartslaggegevens te handhaven met behulp van de groene led (LED1). De toepassing kan de sequentie vervolgens periodiek resetten om de IR (LED2) en rode (LED3) leds toe te voegen om tijdelijk SpO₂-metingen uit te voeren waarna wordt teruggeschakeld naar alleen hartslagupdates.

Optimaliseren van stroomgebruik

Naast deze aanpak op toepassingsniveau voor het verminderen van de stroomverbruik, kunnen ontwikkelaars ook profiteren van de inherente energiezuinige mogelijkheden van de MAXM86161. Bij een typische toepassing met een samplesnelheid van 25 sps verbruikt de MAXM86161 minder dan 10 microampère (μA) tijdens normaal bedrijf. Behalve de normale energiezuinige werking biedt de MAXM86161 een aantal mechanismen voor vermogensoptimalisatie op zowel systeem- als componentniveau.

Voor optimalisatie op systeemniveau kan het component tijdens inactieve perioden onafhankelijk biometingen uitvoeren, wanneer de rest van het systeem, inclusief de processor, in een low-power slaapstand wacht. Hier kan de MAXM86161-sequentiecontroller samplegegevens in de volgende beschikbare slot in de interne fifo-buffer blijven plaatsen. Wanneer de buffer een door de ontwikkelaar ingestelde drempelcapaciteit bereikt, kan de MAXM86161 een interrupt naar de hostprocessor sturen. Als reactie op deze interrupt kan de host net lang genoeg wakker worden om de fifo-buffer via de ondersteunde I²C-interface leeg te maken of wakker blijven voor een uitgebreidere verwerking.

De MAXM86161 kan ook worden geprogrammeerd om andere optimalisatiemechanismen op componentniveau te gebruiken, ongeacht of deze autonoom of met een directere besturing van de hostprocessor werkt.

Een dergelijk mechanisme stelt ontwikkelaars in staat het stroomverbruik dat nodig is om aan de toepassingsvereisten voor meetnauwkeurigheid te voldoen, tot het minimum te beperken. Hier kunnen ontwikkelaars de eerder genoemde programmeerbare pulsbreedtes voor led-uitgangen aanpassen om het niveau van signaalintegriteit te leveren dat nodig is voor het wijzigen van meetomstandigheden. Als een hogere signaal-ruisverhouding (SNR) vereist is, kunnen ontwikkelaars de puls zo breed maken als nodig is (Afbeelding 6).

Afbeelding 6: Ontwikkelaars kunnen de led-uitgangspulsbreedte op vier verschillende tijdsduren instellen voor minimaal stroomverbruik bij de voor de toepassing benodigde SNR. (Bron afbeelding: Maxim Integrated)

Andere mechanismen stellen ontwikkelaars in staat om het stroomverbruik te verminderen tijdens perioden waarin geen samplen of alleen bij lagere updatesnelheden vereist is.

Als er gedurende langere tijd geen biometingen vereist zijn, kan de MAXM86161 in een uitschakelmodus worden geplaatst die slechts 1,6 μA trekt. Ontwikkelaars kunnen de interne LDO-regelaar (low dropout) van het component zelfs programmatisch uitschakelen om de uitschakelstroom te verlagen tot slechts ongeveer 0,05 μA. Het opnieuw starten van een LDO brengt echter ook problemen met zich mee, zoals vertraagde opstarttijd of verhoogde inschakelstroom, die beide problemen kunnen opleveren voor specifieke ontwerpen die op batterijen werken.

Ook biedt de MAXM86161 een mechanisme om tussen het samplen door automatisch over te schakelen op de uitschakelmodus van 1,6 μA, wanneer de samplingfrequentie 256 sps of minder is. Dit levert een aanzienlijke energiebesparing op zonder verlies van functionaliteit.

Deze methode maakt gebruik van de nabijheidsdetectie van de MAXM86161 om energie te besparen wanneer het oordopje niet meer in contact is met de huid. In plaats van energie te verspillen nadat de gebruiker het oordopje heeft verwijderd, kunnen ontwikkelaars bijvoorbeeld een paar MAXM86161-registers instellen om het component in een lagere energieconfiguratie te zetten die wordt geleverd met de nabijheidsdetectiemodus.

In de nabijheidsmodus controleert het apparaat de PD-uitgang op signalen die aangeven dat een reflecterend object (zoals de huid) dichtbij is. Om het stroomverbruik in deze modus te verminderen, verlaagt de MAXM86161 de aansturingsstroom naar de led die als lichtbron wordt gebruikt en wordt de samplingfrequentie naar 8 sps verlaagd, waardoor het component tussen het samplen in de uitschakelmodus activeert. Wanneer de PD-uitgang een door de programmeur opgegeven drempel overschrijdt, kan de MAXM86161 automatisch overschakelen naar de volledig actieve modus, waarbij een sample wordt uitgevoerd zonder tussenkomst van de hostprocessor en zonder dat een interrupt wordt afgegeven om de processor te activeren.

Ontwikkelingsondersteuning

De uitgebreide functionaliteit in de MAXM86161 resulteert in een eenvoudige set hardware-interfacevereisten. Ontwikkelaars kunnen in feite met slechts een paar extra externe componenten MAXM86161-biometingen aan een microprocessor of microcontroller-gebaseerd ontwerp toevoegen (Afbeelding 7).

Afbeelding 7: Omdat de MAXM86161 van Maxim Integrated alle functionaliteit bevat die nodig is voor optische biosensing, zijn er maar een paar extra hardwarecomponenten nodig om het hardware interface-ontwerp te voltooien. (Bron afbeelding: Maxim Integrated)

Dankzij het MAXM86161EVSYS-evaluatieboard kunnen ontwikkelaars snel prototypes ontwikkelen met gebruik van de MAXM86161 in een bestaand ontwerp of het bijbehorende MAXM86161EVSYS referentie-ontwerp gebruiken als de basis voor aangepaste hardware-implementaties.

Wellicht ligt het meest uitdagende aspect van MAXM86161-ontwikkeling in het bepalen van de optimale configuratie voor een bepaalde toepassing. Zoals in dit artikel wordt aangegeven, biedt de MAXM86161 een zeer uitgebreide reeks configureerbare instellingen en prestatiekenmerken.

Om ontwikkelaars te helpen bij het implementeren van een toepasselijke configuratie, heeft Maxim Integrated de MAXM86161-evaluatiesoftware gecreëerd. Met deze softwaretoepassing kunnen ontwikkelaars via een grafische gebruikersinterface (GUI) de effecten van verschillende componentinstellingen te onderzoeken. Deze toepassing is ontworpen voor gebruik met het MAXM86161EVSYS-evaluatieboard van Maxim Integrated en stelt ontwikkelaars in staat om de operationele parameters van het component eenvoudig te wijzigen en de resultaten met betrekking tot MAXM86161-samplingprestaties en stroomverbruik te evalueren (Afbeelding 8).

Afbeelding 8: Ontwikkelaars kunnen, samen met het MAXM86161EVSYS-evaluatieboard van Maxim Integrated, de MAXM86161-evaluatiesoftware gebruiken om verschillende configuraties uit te proberen door diverse componentinstellingen in een reeks menu's te wijzigen. (Bron afbeelding: Maxim Integrated)

Ongeacht of ontwikkelaars zelfstandig of via dit ontwikkelplatform de configuratie-instellingen van de MAXM86161 bepalen, het zal duidelijk worden dat het programmeren van de MAXM86161 grotendeels een kwestie is van het schrijven van routines om deze instellingen in de MAXM86161 tijdens initialisatie of tijdens runtime te laden.

Als voorbeeld heeft de auteur een eenvoudige MAXM86161-driver van Maxim Integrated aangeschaft die de fundamentele ontwerppatronen demonstreert die nodig zijn om dit component te bedienen. De driver is binnenkort verkrijgbaar bij Maxim Integrated.

De aanstuurmodule bevat een aantal voorbeeldroutines in de programmeertaal C die de registerupdates weergeven die nodig zijn voor het uitvoeren van verschillende MAXM86161-functies, zoals SpO₂-metingen (Listing 1).

Copy /* Write LED and SPO2 settings */ if (data->agc_is_enable)    err |= max86161_prox_led_init(data); else    err |= max86161_hrm_led_init(data);   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_INTERRUPT_ENABLE, DATA_RDY_MASK);   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_LED_RANGE_1,       ( MAX86161_LED_RGE << LED_RGE2_OFFSET )       | ( MAX86161_LED_RGE << LED_RGE3_OFFSET ));   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_PPG_CONFIGURATION_1,       ( MAX86161_PPG_TINT << PPG_TINT_OFFSET )       | ( MAX86161_ADC_RGE << PPG_ADC_RGE_OFFSET ));   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_PPG_CONFIGURATION_3,       ( MAX86161_LED_SETLNG << LED_SETLNG_OFFSET ));   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_PD_BIAS,       ( PD_BIAS_125_CS << PD_BIAS_OFFSET ));   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_FIFO_CONFIG_2,       FLUSH_FIFO_MASK | FIFO_STAT_CLR_MASK);   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_LED_SEQ_REG_1,       ( LED_RED << LEDC2_OFFSET )       | ( LED_IR << LEDC1_OFFSET ));   if (!atomic_read(&data->irq_enable)) {    enable_irq(data->irq);    atomic_set(&data->irq_enable, 1); } 

Listing 1: Dit fragment uit de MAXM86161-stuurprogrammasoftware toont de fundamentele benadering voor het bedienen van het component door configuratiegegevens naar verschillende registers te schrijven. (Bron code: Maxim Integrated)

Zoals eerder werd vermeld, volgt de uitvoering van SpO₂-metingen een patroon dat veel voorkomt bij MAXM86161-bewerkingen, waarbij voornamelijk instellingen naar registers worden geschreven om parameters in te stellen zoals onder andere led-stroom, samplingfrequentie, digitale filterselectie, ADC-dynamisch bereik.

Na het bijwerken van de juiste MAXM86161-registers voor deze instellingen wordt de meetsequentie gedefinieerd en onmiddellijk gestart door de LEDC2- en LEDC3-velden in register 0x20 (MAX86161_LED_SEQ_REG_1) op respectievelijk binair 0010 (LED_IR) en binair 0011 (LED_ROOD) in te stellen, zoals te zien is in Listing 1.

Conclusie

Oordopjes met fitness-functies leveren duurzame en nauwkeurige biometingen, maar hebben strikte ontwerpvereisten voor kleine afmetingen en ultra-laag stroomverbruik. Zoals we hebben gezien, biedt de MAXM86161 van Maxim Integrated een volledig optisch gegevensverzamelingssysteem dat nodig is voor het meten van HS en SpO₂ binnen de grootte- en stroomvereisten voor ‘hearables’.

Referentie

1. Bunn, J., Wells, E., Manor, J., & Webster, M. (2019). Evaluation of Earbud and Wristwatch Heart Rate Monitors during Aerobic and Resistance Training. International Journal of Exercise Science, 12(4), 374–384.