CN112806972B - Ppg测量电路和方法、可穿戴电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种PPG测量电路和方法、可穿戴电子设备，PPG测量电路包括：发光组件，用于根据驱动信号发射光信号；感光组件，包括并联的第一光电传感器和第二光电传感器，其中，所述第一光电传感器用于采集环境光和所述光信号并输出第一光电流信号，所述第二光电传感器用于采集所述环境光和光信号并输出所述第二光电流信号，第一光电传感器和第二光电传感器分别采集的光信号的光通量不同；模拟前端处理组件，分别与所述发光组件、第一光电传感器和第二光电传感器连接，用于向所述发光组件发送所述驱动信号，并根据接收的所述第一光电流信号和第二光电流信号做差分处理分析以获取PPG测量结果，PPG测量电路的功耗低、成本低且测量精度和准确度高。
Description
技术领域
本申请涉及电子设备，特别是涉及一种PPG测量电路和方法、可穿戴电子设备。
背景技术
可穿戴电子设备可通过设置PPG（光电容积脉搏波标记法，Photo PlethysmoGraphy）传感模组，并基于PPG技术来测量心率、血氧饱和度等生命体征信号。PPG是利用光电容积描记技术进行人体运动心率、血氧饱和度等生命体征信号检测的方法。在进行PPG测量时，PPG传感模组不仅收到来自发光组件的光线、而且会接收到来自环境光（如太阳光、日光灯、白炽灯等光线），这些环境光会影响到PPG的测量。
一般，为了消除环境光一是在PPG传感模组上镀上去除红外光线的薄膜，但是其成本高且测量范围小；而是或使用输入范围较大的测量电路，分时采集环境光，然后在数字域减去环境光，其功耗大。
发明内容
本申请实施例提供一种PPG测量电路和方法、可穿戴电子设备，可以降低功耗、节约成本，提高测量精度和准确度。
一种发光组件，包括：
发光组件，用于根据驱动信号发射光信号；
感光组件，包括并联的第一光电传感器和第二光电传感器，其中所述第一光电传感器用于采集环境光和所述光信号并输出第一光电流信号，所述第二光电传感器用于采集所述环境光和所述光信号并输出所述第二光电流信号，其中，所述第一光电传感器和第二光电传感器分别采集的所述光信号的光通量不同；
模拟前端处理组件，分别与所述发光组件、第一光电传感器和第二光电传感器连接，用于向所述发光组件发送所述驱动信号，并根据接收的所述第一光电流信号和第二光电流信号做差分处理分析以获取PPG测量结果。
一种PPG测量方法，包括：
驱动发光组件发射光信号；
控制第一光电传感器采集环境光和所述光信号并输出第一光电流信号，控制第二光电传感器采集所述环境光和所述光信号并输出所述第二光电流信号，其中，所述第一光电传感器与所述第二光电传感器并联，其中，所述第一光电传感器和第二光电传感器分别采集的所述光信号的光通量不同；
根据接收的所述第一光电流信号和第二光电流信号做差分处理分析以获取PPG测量结果。
一种可穿戴电子设备，包括：
壳体，包括外露的感光检测面；
如上述的PPG测量电路，其中，所述发光组件和所述感光组件均设置在所述感光面上，所述模拟前端处理组件设置在所述壳体内。
上述PPG测量电路和方法、可穿戴电子设备，第一光电传感器和第二光电传感器分别采集的所述光信号的光通量不同，且通过将第一光电传感器和第二光电传感器并联，其模拟前端处理组件可对第一光电传感器输出的第一光电流信号和第二光电传感器输出的第二光电流信号做差分处理，以抵消环境光所产生的光电流信号。由于在模拟前端处理组件的输入端抑制了环境光，PPG测量电路不需要通过控制关闭或打开发光组件来分时采集环境光，然后在数字域进行环境光进行消除，可以使用较小的动态范围，有利于降低功耗。同时，还可以避免使用通过在感光组件表面镀膜以消除环境光的影响，其节约了成本，扩大了测量范围、提高了测量精度和准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中PPG测量电路的结构框图；
图2为一个实施例中PPG测量电路的结构框图；
图3为一个实施例中PPG测量电路的光线走向图；
图4为一个实施例中PPG测量电路的光线走向图；
图5为一个实施例中PPG测量电路的结构框图；
图6为一个实施例中PPG测量电路的光线走向图；
图7为一个实施例中PPG测量方法的流程图；
图8为一个实施例中PPG测量方法的流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一光电传感器称为第二光电传感器，且类似地，可将第二光电传感器称为第一光电传感器。第一光电传感器和第二光电传感器两者都是光电传感器，但其不是同一光电传感器。需要说明的是，本申请中的“多个”包括两个或两个以上。
本申请实施例提供一种PPG测量电路，该PPG测量电路可用于可穿戴电子设备中。其中，可穿戴电子设备可包括手环、电子表、眼罩、计步器、耳机等可穿戴的电子设备。
PPG(Photo Plethysmo Graphy，光电容积脉搏波标记法)是利用光电容积描记技术进行人体运动心率、血氧饱和度等生命体征信号检测的方法。PPG检测技术从PPG传感器布局开看主要分为两种：一种是透射式检测技术，例如，可根据透射光强度的不同，描记出血管容积在心动周期内的变化，并从得到心率、血氧饱和度等；一种是反射式检测技术，例如，可根据反射光强度的不同，描记出血管容积在心动周期内的变化，并从得到心率、血氧饱和度等生命体征信号。将本申请中提供的PPG测量电路结合到可穿戴电子设备上，用户可以随时随地方便地检测心率和血氧饱和度等，例如，用户仅通过指尖触碰即可检测心率和血氧饱和度等，从而不仅丰富了可穿戴电子设备的功能，而且极大地满足了用户的健康需求。
如图1所示，在其中一个实施例中，PPG测量电路包括发光组件110、感光组件120和模拟前端处理组件130。其中，模拟前端处理组件130分别与发光组件110、感光组件120连接。
在其中一个实施例中，发光组件110可以根据模拟前端处理组件130发送的驱动信号发射光信号。具体的，发光组件110可包括一个或多个发光单元。每个发光单元可包括一个或多个发光二极管。具体的，该发光二极管可以为红光发光二极管(RED LED)、红外光发光二极管(IR LED)。例如，发光单元可同时包括红光发光二极管以及红外光发光二极管，发光单元可单独包括红光发光二极管或红外光发光二极管。
在其中一个实施例中，感光组件120包括并联的第一光电传感器PD1和第二光电传感器PD2。所述第一光电传感器PD1和所述第二光电传感器PD2工作于零偏置状态，也即，第一光电传感器PD1和所述第二光电传感器PD2可均为光伏模式的光电二极管，也即将第一光电传感器PD1称之为第一光电二极管，第二光电传感器PD2称之为第二光电二极管。具体的，第一光电二极管与第二光电二极管反向并联，也即，第一光电二极管的阳极与第二光电二极管的阴极连接，第一光电二极管的阴极与第二光电二极管的阳极连接。其中，所述第一光电传感器PD1可采集环境光和所述光信号并输出第一光电流信号至模拟前端处理组件130，所述第二光电传感器PD2可采集所述环境光和光信号并输出所述第二光电流信号至模拟前端处理组件130。第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2分别采集光信号的光通量不同，使得第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2对应输出的光电流信号也就不同。
进一步的，第一光电流信号与第二光电流信号的差值可以理解为所述光信号的光电流信号。
第一光电传感器PD1和所述第二光电传感器PD2在光伏模式下暗电流造成的散粒噪声小，且频率低于1kHz时无1/f噪声。第一光电传感器PD1和所述第二光电传感器PD2工作于零偏置状态，其输出光电流正比于入射功率，但是负载电阻较大时随着光功率变化，第一光电传感器PD1和所述第二光电传感器PD2的输出电流与电压会出现非线性。
第一光电传感器PD1与第二光电传感器PD2反向并联，例如，该模拟前端处理组件130的同一输入端可分别与第一光电传感器PD1的阳极、第二光电传感器PD2的阴极连接等。模拟前端处理组件130可对第一光电传感器PD1输出的第一光电流信号和第二光电传感器PD2输出的第二光电流信号做差分处理，以抵消环境光所产生的光电流信号，并根据差分处理的信号获取PPG测量结果。其中，PPG测量结果可包括脉搏心率、血氧饱和度、血糖、血流等生命体征信息。
例如，当红光发光二极管或红外光发光二极管单独使用时，PPG测量电路可以检测经过人体血液和组织吸收后的反射光强度，并计算出用户的心率值；当红光发光二极管和红外光发光二极管同时使用时，PPG测量电路可以检测经过人体血液和组织吸收后的反射光强度等，可以计算出用户的血氧值、血糖值等，进一步丰富了该PPG测量电路的功能和使用性能。
本申请实施例中的PPG测量电路中，由于第一光电传感器PD1和第二光电传感器PD2并联，且第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2分别采集光信号的光通量不同，使得第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2对应输出的光电流信号也就不同。其模拟前端处理组件130可对第一光电传感器PD1输出的第一光电流信号和第二光电传感器PD2输出的第二光电流信号做差分处理，以抵消环境光所产生的光电流信号。由于在模拟前端处理组件130的输入端抑制了环境光，PPG测量电路不需要通过控制关闭或打开发光组件110来分时采集环境光，然后在数字域进行环境光消除，可以使用较小的动态范围，有利于降低功耗。同时，还可以避免使用通过在感光组件120表面镀膜以消除环境光的影响，其节约了成本，扩大了测量范围、提高了测量精度和准确度。
在其中一个实施例中，如图2所示，所述模拟前端处理组件130包括跨导放大器模块131和驱动处理模块132。跨导放大器模块131包括正向输入端、负向输入端以及输出端。其中，跨导放大器模块131的正向输入端用于正向接收第一光电流信号，跨导放大器模块131的负向输入端用于负向接收第二光电流信号。跨导放大器模块131的输出端用于输出对所述第一光电流信号和第二光电流信号做差分处理后的差分电压。
具体的，跨导放大器模块131包括跨导放大器U、第一跨导电阻R1和第二跨导电阻R2。其中，跨导放大器U的负向输入端作为所述跨导放大器U模块131的负向输入端分别与第一光电传感器PD1的阴极、所述第二光电传感器PD2的正极连接，跨导放大器U的正向输入端作为所述跨导放大器U模块131的正向输入端分别与第一光电传感器PD1的阳极、所述第二光电传感器PD2的阴极连接。第一跨导电阻R1分别与跨导放大器U的负向输入端、输出端连接，第二跨导电阻R2分别与跨导放大器U的正向输入端、输出端连接。第一光电传感器PD1产生的第一光电流信号用IPD1表示，第二光电传感器PD2产生的第二光电流信号用IPD2表示，其IPD1 、IPD2的电流流向如图2所示。其中，跨导放大器U可根据接收的第一光电流信号IPD1、第二光电流信号IPD2以及第一跨导电阻R1和第二跨导电阻R2做差分处理，以输出差分电压U0。其中，。
驱动处理模块132可接收跨导放大器U模块131输出的差分电压U0，并对该差分电压U0进行滤波、模数转换等处理后，进行分析计算以获取对应的PPG测量结果。
在其中一个实施例中，所述第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2分别与所述发光组件的距离不同。如图3和图4所示，所述发光组件110包括第一发光单元LED1，其中，所述第一发光单元LED1、第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2呈一维线性阵列设置，且所述第一发光单元LED1与第二光电传感器PD2之间的第一距离大于所述第一光电传感器PD1与所述第二光电传感器PD2之间的第二距离。其中，第一距离与第二距离的差值在2毫米~15毫米之间。
以第一发光单元LED1为红色LED为例进行说明。如图3和图4所示，图中01为可穿戴电子设备的壳体，02表示用户的手腕等生物皮肤组织，03表示环境光（太阳光、白炽灯等），04表示穿透人体手腕等生物组织02的环境光。05表示被第一光电传感器PD1采集的第一发光单元LED1发射光线，06表示被第二光电传感器PD2采集的光线。
其中，第一发光单元LED1、第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2呈一维线性阵列设置，且红色LED与第一光电传感器PD1较近，红色LED与第二光电传感器PD2较远。环境光03通常是太阳光这类平行光，而且第一光电传感器PD1和第二光电传感器PD2的距离比较接近，所以第一光电传感器PD1和第二光电传感器PD2接收到的环境光03的光通量的差值在预设范围内，而用户人体的皮肤组织具有很强的吸光性，所以红色LED发出的光线，被第一光电传感器PD1所采集的量远大于被第二光电传感器PD2所采集的量，第一光电传感器PD1产生的第一光电流信号与第二光电传感器PD2产生的第二光电流信号的差值与第一光电传感器PD1接收的光信号产生的光电流信号相等或接近于相等。由于第一光电传感器PD1与第二光电传感器PD2反向并联，所以环境光所产生等光电流被抑制。
其中，第一光电传感器PD1和第二光电传感器PD2接收到的环境光03的光通量的差值在预设范围内，也即第一光电传感器PD1接收到的环境光03的光通量与第二光电传感器PD2接收到的环境光03的光通量的差值在预设范围内。其中，该预设范围可以理解为包括零，且接近于零的范围。在本申请中对该预设范围不做进一步的限定，例如，符合当该差值在预设范围内时，第一光电传感器PD1产生的第一光电流信号与第二光电传感器PD2产生的第二光电流信号的差值与第一光电传感器PD1接收的光信号产生的光电流信号相等或接近于相等的条件即可。
在其中一个实施例中，参考图2，所述驱动处理模块132包括依次串联的驱动单元1321、时序控制单元1322和控制器1323。其中，驱动单元1321与发光组件110连接，控制器1323与跨导放大器U模块131的输出端连接。具体地，控制器1323能够对所述时序控制单元1322进行PPG时序设置，所述驱动单元1321用于根据所述PPG时序驱动所述发光组件110按照预设周期发射和关闭所述光信号。需要说明的是，驱动信号中携带所述PPG时序。发光组件110可根据接收的携带所述PPG时序的驱动信号按照预设周期发射和关闭所述光信号。
其中，PPG时序可以理解为包括具有周期性的脉冲时序。例如，PPG时序可包括高电平脉冲和低电平脉冲，其中，高电平脉冲与低电平脉冲交替出现，且高电平脉冲与低电平脉冲的持续时长相等。发光组件110接收到高电平脉冲时发射光信号，发光组件110接收到低电平脉冲时停止发射光信号，也即关闭该光信号的发射。
在其中一个实施例中，在驱动单元1321的驱动下，第一发光单元LED1发射光信号时，上述实施例中的PPG测量电路可以对应获取相应的PPG测量结果。当所述发光组件110关闭所述光信号时，所述第一光电传感器PD1可采集所述环境光信号，并输出第三光电流信号，所述第二光电传感器PD2也可采集所述环境光信号，并输出第四光电流信号。此时，所述模拟前端处理组件130可接收第三光电流信号和第四光电流信号，并根据接收的第三光电流信号、所述第四光电流信号对获取的PPG测量结果进行校准，以进一步对残留的环境光进行抑制进而获取更为精准的PPG测量结果。具体的，当第一发光单元LED1关闭光信号时，模拟前端处理组件130对应获取环境光条件下的PPG测量结果，通过将环境光条件下的PPG测量结果与第一发光单元LED1发射光信号时获取的PPG测量结果进行差值计算，就可以对残留的环境光进行进一步的抑制，以实现对PPG测量结果的校正优化，进而提高PPG测量结果的准确性。
可选的，第一发光单元LED1发射光信号的持续时长与第一发光单元LED1关闭光信号的持续时长相等。
在其中一个实施例中，如图5和图6所示，所述发光组件110还包括第一发光单元LED1和第二发光单元LED2，其中，所述第一发光单元LED1、第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2、第二发光单元LED2呈一维线性阵列设置。
其中，第一发光单元LED1、第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2构成第一采集电路；第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2、第二发光单元LED2构成第二采集电路。第一发光单元LED1与第二光电传感器PD2之间的第一距离大于所述第一光电传感器PD1与所述第二光电传感器PD2之间的第二距离，且所述第二发光单元LED2与第一光电传感器PD1之间的第三距离大于所述第二距离。
所述模拟前端处理组件130可周期性的控制所述第一采集电路、第二采集电路处于工作状态。例如，当第一采集电路处于工作状态，也即第一发光单元LED1发射光信号，而第二发光单元LED2关闭光信号；当第二采集电路处于工作状态，也即第二发光单元LED2发射光信号，而第一发光单元LED1关闭光信号。需要说明的是，第一发光单元LED1和第二发光单元LED2不同时发射光信号。例如，同时驱动第一发光单元LED1持续发射第一时长的光信号，驱动第二发光单元LED2持续关闭第一时长的光信号，或，同时驱动第一发光单元LED1持续关闭第一时长的光信号，驱动第二发光单元LED2持续发射第一时长的光信号。
当第一采集电路处于工作状态时，模拟前端处理组件130可对应获取第一测量结果；当第二采集电路处于工作状态时，模拟前端处理组件130可对应获取第二测量结果，模拟前端处理组件130还可根据第一测量结果和第二测量结果获取PPG测量结果。例如，模拟前端处理组件130可对第一测量结果和第二测量结果求平均并将该平均值作为最终的PPG测量结果，模拟前端处理组件130还可对从第一测量结果和第二测量结果筛选出最优的测量结果，其筛选标准可以为信号质量因子，信号质量因子可包括灌注指数等，其中，灌注指数=信号波动部分幅值/信号直流值。
本申请实施例中，通过设置两个发光单元，可构成双路PPG采集电路即包括第一采集电路和第二采集电路，通过控制双路PPG采集电路协同工作以提高PPG测量结果的测量精度和准确度。
在其中一个实施例中，PPG测量电路还包括其他与模拟前端处理组件130连接的传感模组、无线传输模组、定位模组等。其中，传感模组可包括温度传感器、陀螺仪、加速度传感器等；无线传输模块可包括蓝牙模块、wifi模块、天线模块等，定位模块可包括GPS模块、北斗定位模块等。
图7为一个实施例中PPG测量方法的流程图。如图3所示，PPG测量方法应用于上述任一实施例中的PPG测量电路。PPG测量方法包括步骤702至步骤706。
步骤702，驱动发光组件发射光信号。
在其中一个实施例中，模拟前端处理组件130可驱动发光组件110发射光信号。光信号可包括红光和/或红外光。具体的，发光组件110可包括一个或多个发光单元。每个发光单元可包括一个或多个发光二极管。具体的，该发光二极管可以为红光发光二极管(REDLED)、红外光发光二极管(IR LED)。例如，发光单元可同时包括红光发光二极管以及红外光发光二极管，发光单元可单独包括红光发光二极管或红外光发光二极管。
步骤704，控制第一光电传感器采集环境光和所述光信号并输出第一光电流信号，控制第二光电传感器采集环境光和所述光信号并输出所述第二光电流信号，其中，所述第一光电传感器与所述第二光电传感器并联，其中，所述第一光电传感器和第二光电传感器分别采集的所述光信号的光通量不同。
在其中一个实施例中，所述第一光电传感器PD1和所述第二光电传感器PD2工作于零偏置状态，也即，第一光电传感器PD1和所述第二光电传感器PD2可均为光伏模式的光电二极管，也即将第一光电传感器PD1称之为第一光电二极管，第二光电传感器PD2称之为第二光电二极管。具体的，第一光电二极管与第二光电二极管反向并联，也即，第一光电二极管的阳极与第二光电二极管的阴极连接，第一光电二极管的阴极与第二光电二极管的阳极连接。
当发光组件110发射光信号时，可控制第一光电传感器PD1可采集环境光和所述光信号并输出第一光电流信号；并控制第二光电传感器PD2可采集所述环境光和所述光信号并输出所述第二光电流信号。
在其中一个实施例中，所述发光组件110、第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2呈一维线性阵列设置，且所述第一发光单元LED1与第二光电传感器PD2之间的第一距离大于所述第一光电传感器PD1与所述第二光电传感器PD2之间的第二距离。其中，第一距离与第二距离的差值在2毫米~15毫米之间。环境光03通常是太阳光这类平行光，而且第一光电传感器PD1和第二光电传感器PD2的距离比较接近，所以第一光电传感器PD1和第二光电传感器PD2接收到的环境光03的光通量的差值在预设范围内，而用户人体的皮肤组织具有很强的吸光性，所以红色LED发出的光线，被第一光电传感器PD1所采集的量远大于被第二光电传感器PD2所采集的量，第一光电传感器PD1产生的第一光电流信号与第二光电传感器PD2产生的第二光电流信号的差值与第一光电传感器PD1接收的光信号产生的光电流信号相等。由于第一光电传感器PD1与第二光电传感器PD2反向并联，所以环境光所产生等光电流被抑制。
其中，第一光电传感器PD1和第二光电传感器PD2接收到的环境光03的光通量的差值在预设范围内，也即第一光电传感器PD1接收到的环境光03的光通量与第二光电传感器PD2接收到的环境光03的光通量的差值在预设范围内。其中，该预设范围可以理解为包括零，且接近于零的范围。在本申请中对该预设范围不做进一步的限定，例如，符合当该差值在预设范围内时，第一光电传感器PD1产生的第一光电流信号与第二光电传感器PD2产生的第二光电流信号的差值与第一光电传感器PD1接收的光信号产生的光电流信号相等或接近于相等的条件即可。步骤706，根据接收的所述第一光电流信号和第二光电流信号做差分处理分析以获取PPG测量结果。
第一光电传感器PD1产生的第一光电流信号用IPD1表示，第二光电传感器PD2产生的第二光电流信号用IPD2表示。其中，模拟前端处理组件130可根据接收的第一光电流信号IPD1、第二光电流信号IPD2输出差分电压U0。其中，，并对该差分电压U0进行滤波、模数转换、积分等处理后，进行分析计算以获取对应的PPG测量结果。
PPG测量结果可包括脉搏心率、血氧饱和度、血糖、血流等生命体征信息。例如，当红光发光二极管或红外光发光二极管单独使用时，PPG测量方法可以检测经过人体血液和组织吸收后的反射光强度，并计算出用户的心率值；当红光发光二极管和红外光发光二极管同时使用时，PPG测量方法可以检测经过人体血液和组织吸收后的反射光强度等，可以计算出用户的血氧值、血糖值等PPG测量结果。
本实施例中的PPG测量方法，第一光电传感器PD1能够采集环境光和光信号，第二光电传感器PD2能够采集环境光和发光组件110发射的光信号，由于第一光电传感器PD1和第二光电传感器PD2并联，且第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2分别与所述发光组件110的距离不同。PPG测量方法可对第一光电传感器PD1输出的第一光电流信号和第二光电传感器PD2输出的第二光电流信号做差分处理，以抵消环境光所产生的光电流信号，不需要通过控制关闭或打开发光组件110来分时采集环境光，然后在数字域进行环境光进行消除，可以使用较小的动态范围，有利于降低功耗，同时还可以提高PPG测量结果的精度和准确度。
在其中一个实施例中，所述方法还包括根据预先设置的PPG时序驱动所述发光组件110按照预设周期发射和关闭所述光信号的步骤。
其中，PPG时序可以理解为包括具有周期性的脉冲时序。例如，PPG时序可包括高电平脉冲和低电平脉冲，其中，高电平脉冲与低电平脉冲交替出现，且高电平脉冲与低电平脉冲的持续时长相等。发光组件110接收到高电平脉冲时发射光信号，发光组件110接收到低电平脉冲时停止发射光信号，也即关闭该光信号的发射。PPG时序可预先进行存储，发光组件110可根据接收的携带所述PPG时序的驱动信号按照预设周期发射和关闭所述光信号。
在其中一个实施例中，所述PPG测量方法还包括：步骤802-步骤804。其中，
步骤802，当所述发光组件关闭所述光信号时，控制所述第一光电传感器PD1采集环境光并输出第三光电流信号，控制第二光电传感器采集环境光并输出所述第四光电流信号；
步骤804，根据接收的所述第三光电流信号、所述第四光电流信号对所述PPG测量结果进行校正。
当控制发光组件110关闭所述光信号时，可通过第一光电传感器PD1采集所述环境光信号，并输出第三光电流信号，可通过所述第二光电传感器PD2采集所述环境光信号，并输出第四光电流信号。此时，所述模拟前端处理组件130可接收第三光电流信号和第四光电流信号，并根据接收的第三光电流信号、所述第四光电流信号对应获取环境光条件下的PPG测量结果。并将环境光条件下的PPG测量结果与第一发光单元LED1发射光信号时获取的PPG测量结果进行差值计算，就可以对残留的环境光进行进一步的抑制，以实现对PPG测量结果的校正优化，进而提高PPG测量结果的准确性。
需要说明的是，第一发光单元LED1发射光信号的持续时长与第一发光单元LED1关闭光信号的持续时长相等。
在其中一个实施例中，所述发光组件110包括第一发光单元LED1和第二发光单元LED2，所述第一发光单元LED1、第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2、第二发光单元LED2呈一维线性阵列设置。其中，第一发光单元LED1、第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2构成第一采集电路；第一光电传感器PD1、第二光电传感器PD2、第二发光单元LED2构成第二采集电路。
所述PPG测量方法还包括： 驱动控制所述第一发光单元LED1或第二发光单元LED2发射所述光信号；当所述第一发光单元LED1发射光信号时，获取第一PPG测量结果；当所述第二发光单元LED2发射光信号时，获取第二PPG测量结果；根据所述第一PPG测量结果和第二PPG测量结果获取所述PPG测量结果。
具体的，所述模拟前端处理组件130可周期性的控制所述第一采集电路、第二采集电路处于工作状态。例如，当第一采集电路处于工作状态，也即第一发光单元LED1发射光信号，而第二发光单元LED2关闭光信号；当第二采集电路处于工作状态，也即第二发光单元LED2发射光信号，而第一发光单元LED1关闭光信号。需要说明的是，第一发光单元LED1和第二发光单元LED2不同时发射光信号。例如，同时驱动第一发光单元LED1持续发射第一时长的光信号，驱动第二发光单元LED2持续关闭第一时长的光信号，或，同时驱动第一发光单元LED1持续关闭第一时长的光信号，驱动第二发光单元LED2持续发射第一时长的光信号。
当第一采集电路处于工作状态时，模拟前端处理组件130可对应获取第一测量结果；当第二采集电路处于工作状态时，模拟前端处理组件130可对应获取第二测量结果，模拟前端处理组件130还可根据第一测量结果和第二测量结果获取PPG测量结果。例如，模拟前端处理组件130可对第一测量结果和第二测量结果求平均并将该平均值作为最终的PPG测量结果，模拟前端处理组件130还可对从第一测量结果和第二测量结果筛选出最优的测量结果，其筛选标准可以为信号质量因子，信号质量因子可包括灌注指数等，其中，灌注指数=信号波动部分幅值/信号直流值。
本申请实施例中，通过设置两个发光单元，可构成双路PPG采集电路即包括第一采集电路和第二采集电路，PPG测量方法可通过控制双路PPG采集电路协同工作以提高PPG测量结果的测量精度和准确度。
应该理解的是，虽然图7-8的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图7-8中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本申请实施例还提供一种可穿戴电子设备。参考图4、5、7，可穿戴电子设备包括壳体和PPG测量电路。其中，壳体包括外露的感光检测面，PPG测量电路的发光组件110和所述感光组件120均设置在所述感光面上，PPG测量电路的模拟前端处理组件130设置在所述壳体内。
其中，壳体的感光检测面为与用户皮肤相接触的一面。进一步，感光检测面上可开设通孔，发光组件110和感光组件120可以设置在开孔处。发光组件110和所述感光组件120可以在该开孔处和用户的皮肤相接触，向人体传递光信号和/或接收人体反馈的光信号，后续通过模拟前端处理组件130计算处理等过程，得到和人体健康等相关的PPG测量结果。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种PPG测量电路，其特征在于，包括：
发光组件，用于根据驱动信号发射光信号；
感光组件，包括并联的第一光电传感器和第二光电传感器，其中，所述第一光电传感器用于采集环境光和所述光信号并输出第一光电流信号，所述第二光电传感器用于采集所述环境光和所述光信号并输出第二光电流信号，其中，所述发光组件包括第一发光单元和第二发光单元，所述第一发光单元与第二光电传感器之间的第一距离大于所述第一光电传感器与所述第二光电传感器之间的第二距离；所述第一光电传感器和第二光电传感器分别采集的所述光信号的光通量不同；在所述第一发光单元发光时，所述第一光电传感器产生的所述第一光电流信号与所述第二光电传感器产生的所述第二光电流信号的差值与所述第一光电传感器接收的光信号产生的光电流信号相等或接近于相等；所述第一发光单元、所述第一光电传感器、所述第二光电传感器构成第一采集电路；所述第一光电传感器、所述第二光电传感器、所述第二发光单元构成第二采集电路，所述第一采集电路和所述第二采集电路分时工作；
模拟前端处理组件，包括跨导放大器模块和驱动处理模块，其中，所述跨导放大器模块的负向输入端分别与所述第一光电传感器的阴极、所述第二光电传感器的阳极连接，所述跨导放大器模块的正向输入端分别与所述第一光电传感器的阳极、所述第二光电传感器的阴极连接，用于接收所述第一光电流信号和第二光电流信号，并对所述第一光电流信号和第二光电流信号做差分处理以输出差分电压；所述驱动处理模块包括依次串联的驱动单元、时序控制单元和控制器；其中，所述驱动单元与发光组件连接，控制器与跨导放大器模块的输出端连接；所述控制器用于对时序控制单元进行PPG时序设置，所述驱动单元用于根据所述PPG时序驱动所述发光组件按照预设周期发射和关闭所述光信号，其中，同时驱动所述第一发光单元持续发射第一时长的光信号，驱动所述第二发光单元持续关闭第一时长的光信号，或，同时驱动所述第一发光单元持续关闭第一时长的光信号，驱动所述第二发光单元持续发射第一时长的光信号，所述控制器还用于根据所述差分电压获取PPG测量结果，当所述发光组件关闭所述光信号时，所述第一光电传感器用于采集所述环境光信号，并输出第三光电流信号，所述第二光电传感器用于采集所述环境光信号，并输出第四光电流信号；所述模拟前端处理组件还用于根据接收的所述第三光电流信号、所述第四光电流信号对所述PPG测量结果进行校正；
所述模拟前端处理组件还用于周期性控制所述第一采集电路、第二采集电路处于工作状态，并根据所述第一采集电路输出的第一PPG测量结果和所述第二采集电路输出的第二PPG测量结果获取最终PPG测量结果。
2.根据权利要求1所述的PPG测量电路，其特征在于，所述跨导放大器模块包括跨导放大器、第一跨导电阻和第二跨导电阻，所述跨导放大器的负向输入端作为所述跨导放大器模块的负向输入端，所述跨导放大器的正向输入端作为所述跨导放大器模块的正向输入端，所述跨导放大器的输出端作为所述跨导放大器模块的输出端；其中，
所述第一跨导电阻分别与所述跨导放大器的负向输入端、输出端连接，所述第二跨导电阻分别与所述跨导放大器的正向输入端、输出端连接。
3.根据权利要求1-2任一项所述的PPG测量电路，其特征在于，所述第一发光单元、第一光电传感器、第二光电传感器呈阵列设置。
4.根据权利要求3所述的PPG测量电路，其特征在于，所述第一光电传感器、第二光电传感器、第二发光单元呈阵列设置所述第二发光单元与第一光电传感器之间的第三距离大于所述第二距离。
5.根据权利要求3所述的PPG测量电路，其特征在于，所述阵列为一维线性阵列。
6.根据权利要求1所述的PPG测量电路，其特征在于，所述第一光电传感器与所述第二光电传感器反向并联。
7.根据权利要求1所述的PPG测量电路，其特征在于，所述第一光电传感器和第二光电传感器分别采集的所述环境光的光通量的差值在预设范围内。
8.根据权利要求1所述的PPG测量电路，其特征在于，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器工作于零偏置状态。
9.一种PPG测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一项所述的PPG测量电路，所述方法包括：
驱动发光组件发射光信号；
控制第一光电传感器采集环境光和所述光信号并输出第一光电流信号，控制第二光电传感器采集所述环境光和所述光信号并输出所述第二光电流信号，
根据接收的所述第一光电流信号和第二光电流信号做差分处理以抵消所述环境光所产生的光电流信号，并分析以获取PPG测量结果；
根据预先设置的PPG时序驱动所述发光组件按照预设周期发射和关闭所述光信号；
当所述发光组件关闭所述光信号时，控制所述第一光电传感器采集环境光并输出第三光电流信号，控制第二光电传感器采集环境光并输出第四光电流信号；
根据接收的所述第三光电流信号、所述第四光电流信号对所述PPG测量结果进行校正。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发光组件包括第一发光单元和第二发光单元，所述方法还包括：
驱动控制所述第一发光单元或第二发光单元发射所述光信号；
当所述第一发光单元发射光信号时，获取第一PPG测量结果；
当所述第二发光单元发射光信号时，获取第二PPG测量结果。
11.一种可穿戴电子设备，其特征在于，包括：
壳体，包括外露的感光检测面；
如权利要求1-8任一项所述的PPG测量电路，其中，所述发光组件和所述感光组件均设置在所述感光检测面上，所述模拟前端处理组件设置在所述壳体内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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