PPG测量原理详解

心率检测是利用光电感测元件吸收光线能量的原理，纪录光线于血管中受血液流动的变化而侦测出来的信号。

血流速伴随心脏的搏动而产生变化，光电感测元件会随着血液量血管的收缩和扩张的变化使得感测器产生明暗的变化量或是光的反射量，而目前业界有两类感测器可用来呈现，

一、是光电二级体感测器(Photodiode Sensor 图一所示)，二、是互补性氧化金属半导体传感器(CMOS Sensor图二所示) ，皆可用来量测皮下组织血液变化

二极管

点评

镜子呢？

这个也更形象

贴住的时候最强的信号

没关系呀~做出来就行

PAH8011ET 是一款高性能、低功耗、基于 CMOS 的光学心率检测器，具有集成数字信号处理功能，封装有 3 个板上芯片 LED：两个绿色 LED 和一个红外 LED。

就是这样

内部是很精妙的，就是模拟电路的缩小版

控制的灯光

算法层面是是个库，不公开

还有固件层面

原理图设计。基本上就是滤波和调压

1. VDDM & VDDIO & VDDLED：3.3V， VDD18V：1.8V （适用于 3.3V 系统）

2. VDDM和VDDLED：3.3V~3.6V，VDDIO：1.8V，VDD18V：1.8V（用于1.8V系统）

3. VDDM和VDDLED：3.3V~3.6V，VDD18V：1.8V，VDDIO：2.8V（用于2.8V系统）

4. 建议将VDDM/VDDLED电源系统与无线系统分开，避免电源干扰。

5. LDO(给VDDM/VDD18V/VDDLED/VDDIO供电)的最大负载电流需要大于250mA。各电源轨的最大电流请参见表5中的IDDM_MAX、IDDLED_MAX、IDDD_MAX、IDDA_MAX、IDDIO_MAX、IDDAY_MAX参数。

6. 12C_SDA和12C_SCL必须通过电阻拉高VDDIO。

7. VDDM、VDDD、VDDA、VDDAY必须有0.1μF的电容连接到GND，并紧靠8011。

8. AGND、DGND和LEDGND必须分开，并连接到PCB主GND上。

9. INT1引脚建议连接到MCU HW INT作为数据准备INT，以节省电力。10. 建议将INT2引脚连接到MCU HW INT上，以实现触摸功能。

11. 保证VDDM、VDDLED、VDD18V的功率噪声在100mV以下。(0.1uF, 10μF电容)

12. 上电时，VDDIO的上电必须等于或先大于VDD18V。注意:当VDDM前必须先上电VDDIO时，主机应防止使用I2C接口(与芯片相连)切换提供VDDM电压的LDO。

13. 1.8V IO系统断电时，必须先断电VDDM，然后再断电VDD18V/VDDIO。

14. 2.8V/3.3V IO系统下电时，VDDIO和VDDM必须先下电，而VDD18V必须先下电。

15. 当不使用PAH8011ES时，将芯片置于Power Down模式。

这两类PPG光电感测器为了获得该血流变化，必须利用LED照射进人体皮肤，然后用光电容积脉波(PPG)测量血流引起的反射光强度变化，PPG信号的周期性与心脏节奏相对应得出来的结果是否够明显，足以让后端演算可以清楚的判断正确的心率趋势，而不是一些环境光或是生理讯号中的杂讯，所以会在IC表面镀膜隔绝环境光或者在感测器输出端多一道数位Filter，以目前看来Pixart PAH8011ET Heart Rate Detection Sensor两道工法都有加入，所以CMOS的PI(Perfusion Index)会比Photodiode来的清晰，更容易判读出心律的变化量。

不论Photodiode Sensor或是CMOS sensor基本电路工作流程图：

框图

光信号转换电位信号PI = AC component of PPG signal/DC component of PPG signal。(Note: PI, Perfusion Index)

心率监测主要是测量平均心率，通常以每分钟的心跳次数表示，当我们把光转换成电信号时，是由于动脉对光的吸收有变化而其他组织对光的吸收基本不变，得到的信号就可以分为直流DC信号检测组织、骨骼和肌肉反射的光讯号，以及动脉和静脉血液的平均血容量，交流AC信号表示心动周期的收缩期和舒张期之间发生的血容量变化。提取其中的AC信号，就能反应出血液流动的特点。

审核编辑：汤梓红