CN113170245A - 包括耳机的电子设备以及控制电子设备的方法 - Google Patents

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CN113170245A CN201980077342.4A CN201980077342A CN113170245A CN 113170245 A CN113170245 A CN 113170245A CN 201980077342 A CN201980077342 A CN 201980077342A CN 113170245 A CN113170245 A CN 113170245A
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impedance
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北岛利浩
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Abstract

提供了一种电子设备。该电子设备包括：耳机，包括第一阻抗元件；信号生成器，被配置为输出第一交流(AC)信号；第一电路，包括电耦合到第一阻抗元件的具有阻抗元件的至少一个第一模拟器件，并且被配置为接收第一AC信号并输出包括与第一阻抗元件相对应的电压分量在内的第一检测信号；以及至少一个处理器，被配置为基于第一检测信号来生成至少一条生物计量信息，并输出该至少一条生物计量信息。

Description

包括耳机的电子设备以及控制电子设备的方法
技术领域
本公开涉及一种包括耳机的电子设备以及控制电子设备的方法。
背景技术
对于电子设备，用于获得生物计量信息的各种技术正在开发中。电子设备可以通过使用生物计量信息来监测用户的身体状态，并基于该生物计量信息来提供各种健康信息。生物计量信息也可以用于各种目的，例如用户认证和设备控制。
提出以上信息作为背景信息仅用于辅助理解本公开。关于以上任何内容是否可以用作本公开的现有技术，不作出确定也不作出断言。
发明内容
[技术问题]
用户可能必须执行特殊动作来收集生物计量信息，或者可能不得不使他或她身体的一部分与电子设备上的某个位置接触。这可能给用户带来负担。此外，诸如周围环境之类的因素使得难以收集准确的生物计量信息。
[技术方案]
本公开的各个方面是为了至少处理上述问题和/或缺点，以及至少提供以下描述的优点。因此，本公开的一个方面在于提供一种通过使用耳机来获得生物计量信息的设备和方法，使得用户能够获得生物计量信息而无需执行用于获得生物计量信息的特殊动作。
本公开的另一方面在于提供一种在通过耳机输出音频的同时通过使用耳机来获得生物计量信息的设备和方法。
附加方面将部分地在接下来的描述中阐述，且将部分地通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过实践本公开所呈现的实施例而获知。
根据本公开的一个方面，提供了一种电子设备。所述电子设备包括：包括第一阻抗元件在内的耳机；信号生成器，被配置为输出第一交流(AC)信号；第一电路，包括电耦合到第一阻抗元件的具有阻抗元件的至少一个第一模拟器件，并且被配置为接收第一AC信号并输出包括与第一阻抗元件相对应的电压分量在内的第一检测信号；以及至少一个处理器，被配置为：基于所述第一检测信号来生成至少一条生物计量信息，以及输出所述至少一条生物计量信息。
所述电子设备可以包括所述耳机被插入人类的外耳道的形状，并且所述第一阻抗元件的大小可以根据所述外耳道的压力的变化而变化。
所述至少一条生物计量信息可以包括心律信息，并且所述至少一个处理器可以基于所述第一检测信号的相位分量来生成所述心率信息。
所述至少一条生物计量信息可以包括体温信息，并且所述至少一个处理器可以基于所述第一检测信号的振幅分量来生成所述体温信息。
所述第一AC信号可以包括在超声波范围内的频率。
所述第一AC信号可以包括20千赫兹(kHz)至40kHz的频率。
所述第一电路可以被配置为根据所述第一AC信号和连接到所述第一模拟器件的节点的中间检测信号来生成包括同相分量的同相信号和正交相位分量的正交信号在内的所述第一检测信号，以及向所述至少一个处理器输出所述第一检测信号。
所述至少一个处理器可以被配置为基于所述同相信号的平方和所述正交信号的平方的总和来生成体温信息，并且基于从所述同相信号和所述正交信号中提取的相位信息来生成心率信息。
所述第一电路可以包括以电桥电路结构与所述第一阻抗元件连接的第二阻抗器件、第三阻抗器件和第四阻抗器件，并且所述第一电路可以被配置为：经由所述电桥电路结构的第一节点或第二节点中的至少一个或其组合来接收所述第一AC信号，根据所述电桥电路结构的第三节点的中间检测信号来生成同相分量的同相信号和正交相位分量的正交信号，以及向所述至少一个处理器输出所述同相信号和所述正交信号。
直接连接到所述第一节点的两个阻抗器件可以具有相同的阻抗值，并且直接连接到所述第二节点的两个阻抗器件可以具有相同的阻抗值。
所述第一节点可以接收所述第一AC信号，所述第二节点可以接收通过将所述第一AC信号的相位延迟180°而获得的信号，所述第一阻抗元件可以连接在第四节点与所述第一节点之间，并且所述第四节点可以连接到地电位。
所述第一节点可以接收所述第一AC信号，所述第二节点可以连接到地电位，所述第一阻抗元件可以连接在所述第二节点与第四节点之间，并且所述第一电路可以被配置为对所述第四节点的信号和所述第三节点的信号进行差分放大以生成所述第一检测信号。
所述第一阻抗元件可以连接在所述第二节点与第四节点之间，所述第二阻抗器件可以连接在所述第一节点与所述第四节点之间，所述第三阻抗器件可以连接在所述第一节点与所述第三节点之间，并且所述第四阻抗器件可以连接在所述第二节点与所述第三节点之间。所述耳机可以包括第一电阻分量和第一电感分量，所述第二阻抗器件可以包括第二电阻器，所述第三阻抗器件可以包括第三电阻器和并联连接到所述第三电阻器的第三电容器，并且所述第四阻抗器件可以包括第四电阻器。所述第一电阻分量和所述第四电阻器的电阻分量可以具有相同的大小，所述第二电阻器和所述第三电阻器可以包括大小相同的电阻分量，并且所述第三电容器可以包括大小为{第一电感分量/(第三电阻器的电阻分量*第四电阻器的电阻分量)}的电容器分量。
所述第一阻抗元件可以连接在所述第二节点与第四节点之间。
所述第二阻抗器件可以连接在所述第一节点与所述第四节点之间，所述第三阻抗器件可以连接在所述第一节点与所述第三节点之间，并且所述第四阻抗器件可以连接在所述第二节点与所述第三节点之间。
所述第一阻抗元件可以包括在所述第二节点与所述第四节点之间彼此串联连接的第一第一电阻分量和第一电感分量，以及包括在所述第二节点与所述第四节点之间并联连接到所述第一第一电阻分量和所述第一电感分量的第二第一电阻分量，所述第二阻抗器件可以包括第二电阻器，所述第三阻抗器件可以包括在所述第一节点与所述第三节点之间彼此并联连接的第三电阻器和第三电容器，所述第四阻抗器件可以包括在所述第二节点与所述第三节点之间彼此并联连接的第一第四电阻器、第二第四电阻器和第四电容器。
所述第一第一电阻分量和所述第一第四电阻器的电阻分量可以具有相同的大小，所述第二电阻器和所述第三电阻器可以包括大小相同的电阻分量，并且所述第二第一电阻分量和所述第二第四电阻器的电阻分量可以具有相同的大小。所述第三电容器可以包括大小为{第一电感分量/(第三电阻器的电阻分量*第一第四电阻器的电阻分量)}的电容器分量。
所述第一电路可以包括带通滤波器和包络检测器，并且可以被配置为：通过使用所述带通滤波器和所述包络检测器，通过调制连接到所述第一模拟器件的节点的第一中间检测信号来生成第二中间检测信号，以及生成所述第一检测信号，所述第一检测信号包括振幅变化分量信号和根据所述第二中间检测信号来生成的直流(DC)分量信号。所述至少一个处理器可以被配置为根据所述振幅变化分量信号来生成心率信息，并且根据所述DC分量信号来生成体温信息。
所述第一电路可以被配置为接收与经由所述耳机输出的音频信号相对应的电音频信号，通过使用高通滤波器来处理所述电音频信号，以及对所述第一电路的至少一个节点应用所述处理的结果。
所述第一电路可以被配置为根据所述第一AC信号和连接到所述第一模拟器件的节点的中间检测信号来生成包括同相分量的同相信号和正交相位分量的正交信号在内的所述第一检测信号。所述至少一个处理器可以被配置为根据所述同相信号和所述正交信号来生成振幅分量的振幅信号和相位分量的相位信号，以及通过使用所述振幅信号和所述相位信号来去除所述电子设备的运动分量。
所述第一电路可以被配置为根据所述第一AC信号和连接到所述第一模拟器件的节点的中间检测信号来生成包括同相分量的同相信号和正交相位分量的正交信号在内的所述第一检测信号。所述至少一个处理器可以被配置为根据所述同相信号和所述正交信号来生成振幅分量的振幅信号和相位分量的相位信号，以及基于所述振幅信号或所述相位信号中的至少一个的变化来检测所述电子设备的附接或脱离。
根据本公开的另一方面，提供了一种控制电子设备的方法。该电子设备包括：耳机，包括第一阻抗元件；以及第一电路，包括至少一个第一模拟器件，该至少一个第一模拟器件包括阻抗元件并且电耦合到所述第一阻抗元件，所述方法包括以下操作：控制第一AC信号以将其向所述第一电路输出；从所述第一电路获得包括与所述第一阻抗元件相对应的电压分量在内的第一检测信号；基于所述第一检测信号来生成至少一条生物计量信息；以及输出所述至少一条生物计量信息。
所述电子设备可以包括所述耳机被插入人类的外耳道的形状，并且所述第一阻抗元件的大小可以根据所述外耳道的压力的变化而变化。
所述至少一条生物计量信息可以包括心律信息，并且所述方法可以包括基于所述第一检测信号的相位分量来生成所述心率信息。
所述至少一条生物计量信息可以包括体温信息，并且所述方法可以包括基于所述第一检测信号的振幅分量来生成所述体温信息。
所述第一AC信号可以包括在超声波范围内的频率。
所述第一AC信号可以包括20kHz至40kHz的频率。
所述方法还可以包括：根据所述第一AC信号和连接到所述第一模拟器件的节点的中间检测信号来生成包括同相分量的同相信号和正交相位分量的正交信号在内的所述第一检测信号，其中，由所述第一电路来执行所述生成。
所述方法还可以包括：基于所述同相信号的平方和所述正交信号的平方的总和来生成体温信息，并且基于从所述同相信号和所述正交信号中提取的相位信息来生成心率信息。
所述第一电路可以包括以电桥电路结构与所述第一阻抗元件连接的第二阻抗器件、第三阻抗器件和第四阻抗器件，并且所述方法还可以包括：经由所述电桥电路结构的第一节点或第二节点中的至少一个或其组合来接收所述第一AC信号，根据所述电桥电路结构的第三节点的中间检测信号来生成同相分量的同相信号和正交相位分量的正交信号，以及输出所述同相信号和所述正交信号。
直接连接到所述第一节点的两个阻抗器件可以具有相同的阻抗值，并且直接连接到所述第二节点的两个阻抗器件可以具有相同的阻抗值。
所述方法还可以包括：由所述第一节点来接收所述第一AC信号，以及由所述第二节点来接收通过将所述第一AC信号的相位延迟180°而获得的信号，所述第一阻抗元件可以连接在第四节点与所述第一节点之间，并且所述第四节点可以连接到地电位。
所述第一节点可以接收所述第一AC信号，所述第二节点可以连接到地电位，所述第一阻抗元件可以连接在所述第二节点与第四节点之间，并且所述方法还可以包括对所述第四节点的信号和所述第三节点的信号进行差分放大以生成所述第一检测信号，其中，由所述第一电路来执行所述差分放大。
所述第一阻抗元件可以连接在所述第二节点与第四节点之间，所述第二阻抗器件可以连接在所述第一节点与所述第四节点之间，所述第三阻抗器件可以连接在所述第一节点与所述第三节点之间，并且所述第四阻抗器件可以连接在所述第二节点与所述第三节点之间。所述耳机可以包括第一电阻分量和第一电感分量，所述第二阻抗器件可以包括第二电阻器，所述第三阻抗器件可以包括第三电阻器和并联连接到所述第三电阻器的第三电容器，并且所述第四阻抗器件可以包括第四电阻器。所述第一电阻分量和所述第四电阻器的电阻分量可以具有相同的大小，所述第二电阻器和所述第三电阻器可以包括大小相同的电阻分量，并且所述第三电容器可以包括大小为{第一电感分量/(第三电阻器的电阻分量*第四电阻器的电阻分量)}的电容器分量。
所述第一阻抗元件可以连接在所述第二节点与第四节点之间，所述第二阻抗器件可以连接在所述第一节点与所述第四节点之间，所述第三阻抗器件可以连接在所述第一节点与所述第三节点之间，并且所述第四阻抗器件可以连接在所述第二节点与所述第三节点之间。所述第一阻抗元件可以包括在所述第二节点与所述第四节点之间彼此串联连接的第一第一电阻分量和第一电感分量，以及包括在所述第二节点与所述第四节点之间并联连接到所述第一第一电阻分量和所述第一电感分量的第二第一电阻分量，所述第二阻抗器件可以包括第二电阻器，所述第三阻抗器件可以包括在所述第一节点与所述第三节点之间彼此并联连接的第三电阻器和第三电容器，所述第四阻抗器件可以包括在所述第二节点与所述第三节点之间彼此并联连接的第一第四电阻器、第二第四电阻器和第四电容器。
所述第一第一电阻分量和所述第一第四电阻器的电阻分量可以具有相同的大小，所述第二电阻器和所述第三电阻器可以包括大小相同的电阻分量，并且所述第二第一电阻分量和所述第二第四电阻器的电阻分量可以具有相同的大小。所述第三电容器可以包括大小为{第一电感分量/(第三电阻器的电阻分量*第一第四电阻器的电阻分量)}的电容器分量。
所述第一电路可以包括带通滤波器和包络检测器，并且所述方法还可以包括：通过使用所述带通滤波器和所述包络检测器，通过调制连接到所述第一模拟器件的节点的第一中间检测信号来生成第二中间检测信号，生成所述第一检测信号，所述第一检测信号包括振幅变化分量信号和根据所述第二中间检测信号来生成的直流(DC)分量信号，根据所述振幅变化分量信号来生成心率信息，并且根据所述DC分量信号来生成体温信息。
所述方法还可以包括：接收与经由所述耳机输出的音频信号相对应的电音频信号；以及通过使用高通滤波器来处理所述电音频信号，然后对所述第一电路的至少一个节点应用所述处理的结果。
所述方法还可以包括：根据所述第一AC信号和连接到所述第一模拟器件的节点的中间检测信号来生成包括同相分量的同相信号和正交相位分量的正交信号在内的所述第一检测信号，根据所述同相信号和所述正交信号来生成振幅分量的振幅信号和相位分量的相位信号，以及通过使用所述振幅信号和所述相位信号来去除所述电子设备的运动分量，其中，由所述第一电路来执行这些操作。
所述方法还可以包括：根据所述第一AC信号和连接到所述第一模拟器件的节点的中间检测信号来生成包括同相分量的同相信号和正交相位分量的正交信号在内的所述第一检测信号，根据所述同相信号和所述正交信号来生成振幅分量的振幅信号和相位分量的相位信号，以及基于所述振幅信号或所述相位信号中的至少一个的变化来检测所述电子设备的附接或脱离，其中，由所述第一电路来执行这些操作。
通过以下结合附图公开了本公开各种实施例的详细描述，本公开的其他方面、优点和显著特征对于本领域技术人员将变得显而易见。
本公开的各个方面是为了至少处理上述问题和/或缺点，以及至少提供以下描述的优点。因此，本公开的一个方面在于提供一种通过使用耳机来获得生物计量信息的设备和方法，使得用户能够获得生物计量信息而无需执行用于获得生物计量信息的特殊动作。
本公开的另一方面在于提供一种在通过耳机输出音频的同时通过使用耳机来获得生物计量信息的设备和方法。
[有益效果]
根据本公开实施例，提供了一种通过使用耳机来获得生物计量信息的设备和方法，使得用户能够获得生物计量信息而无需执行用于获得生物计量信息的特殊动作。
根据本公开实施例，提供了一种在通过耳机输出音频的同时通过使用耳机来获得生物计量信息的设备和方法。
附图说明
根据以下结合附图的描述，本公开的一些实施例的上述和其它方面、特征以及优点将更清楚，在附图中：
图1示出了根据本公开实施例的电子设备的结构和人类的耳朵结构；
图2是根据本公开实施例的电子设备的框图；
图3示出了根据本公开实施例的第一阻抗元件、第一电路和信号生成器的等效电路；
图4是根据本公开实施例的电子设备的框图；
图5是根据本公开实施例的处理器的框图；
图6是根据本公开实施例的处理器的框图；
图7示出了根据本公开实施例的表示由处理器生成的振幅分量随时间变化的波形以及表示由处理器生成的相位分量随时间变化的波形；
图8示出了根据本公开实施例的由处理器生成的振幅分量的频谱和由处理器生成的相位分量的频谱；
图9示出了根据本公开实施例的表示经过处理器的检测滤波器的振幅分量随时间变化的波形，以及表示经过处理器的检测滤波器的相位分量随时间变化的波形；
图10示出了根据本公开实施例的经过处理器的检测滤波器的振幅分量的频谱以及经过处理器的检测滤波器的相位分量的频谱；
图11是根据本公开实施例的电子设备的框图；
图12是根据本公开实施例的模拟电路的示意电路图；
图13是根据本公开实施例的电子设备的框图；
图14是根据本公开实施例的电子设备的框图；
图15是根据本公开实施例的电子设备的框图；
图16是根据本公开实施例的电子设备的框图；
图17示出了根据本公开实施例的当音频播放器未输出音频信号时由电子设备的处理器输出的脉搏波的检测信号的波形，以及当音频播放器输出音频信号时由电子设备的处理器输出的脉搏波的检测信号的波形；
图18示出了根据本公开实施例的模拟电路；
图19和图20是示出了根据本公开各种实施例的图18的模拟电路的电路图；
图21示出了根据本公开实施例的模拟电路；
图22示出了根据本公开实施例的检测信号的振幅和相位信息；
图23是根据本公开实施例的处理器的框图；
图24是根据本公开实施例的处理器的框图；
图25是根据本公开实施例的运动消除器的结构的框图；
图26是根据本公开实施例的运动消除器的结构的框图；
图27示出了根据本公开实施例的通过图26的运动消除器去除运动分量的结果；
图28示出了根据本公开实施例的直流(DC)分量切减器；
图29示出了根据本公开实施例的尚未从中去除DC分量的振幅分量的波形以及已经从中去除DC分量的经DC切减的振幅分量的波形；
图30示出了根据本公开实施例的通过图28的DC分量切减器去除DC分量的结果；
图31是根据本公开实施例的处理器的框图；
图32示出了根据本公开实施例的当受检者佩戴耳机时由处理器生成的振幅分量随时间的变化；
图33示出了根据本公开实施例的当受检者佩戴耳机时由处理器生成的相位分量随时间的变化；
图34示出了根据本公开实施例的针对振幅分量的时间差分的结果；
图35示出了根据本公开实施例的针对相位分量的时间差分的结果；
图36是示出了根据本公开实施例的针对差分振幅值的阈值处理的图；
图37是根据本公开实施例的针对差分相位值的阈值处理的图；
图38是根据本公开实施例的处理器的框图；
图39示出了根据本公开实施例的当受检者已经将耳机从他或她的外耳管中脱离下来时由处理器生成的振幅分量随时间的变化；
图40示出了根据本公开实施例的针对振幅分量的时间差分的结果；
图41示出了根据本公开实施例的当受检者已经将耳机从他或她的外耳管中脱离下来时由处理器生成的相位分量随时间的变化；
图42示出了根据本公开实施例的当受检者佩戴耳机时相位分量的交流(AC)分量；
图43示出了根据本公开实施例的当受检者未佩戴耳机时相位分量的AC分量；
图44示出了根据本公开实施例的相位分量的AC分量的数字化波高；
图45是根据本公开实施例的控制电子设备的方法的流程图；以及
图46是根据本公开实施例的电子设备的框图。
应注意，在整个附图中，相似的附图标记用于描绘相同或相似的元素、特征和结构。
具体实施方式
[最佳模式]
根据本公开的一个方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：耳机，包括第一阻抗元件；信号生成器，被配置为输出第一交流(AC)信号；第一电路，包括电耦合到第一阻抗元件的具有阻抗元件的至少一个第一模拟器件，并且被配置为接收第一AC信号并输出包括与第一阻抗元件相对应的电压分量在内的第一检测信号；以及至少一个处理器，被配置为基于第一检测信号来生成至少一条生物计量信息，并输出该至少一条生物计量信息。
[本发明的模式]
提供参考附图的以下描述用于帮助全面理解由权利要求及其等价物限定的本公开的各实施例。以下描述包括各种具体细节以帮助理解，但这些具体细节应被视为仅仅是示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到：在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可以对本文所述的各种实施例进行各种改变和修改。另外，为了清楚和简洁起见，可以省略对已知功能和构造的描述。
以下描述和权利要求中使用的术语和词语不限于字面含义，而是仅由发明人用来实现对本公开的清楚一致的理解。因此，对于本领域技术人员来说应当清楚明白的是：提供本公开的各种实施例的以下描述以仅用于说明的目的，而不是用于限制由所附权利要求及其等同物限定的本公开的目的。
应当理解的是：单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指示物，除非上下文另外明确地指明。因此，例如，对“组件表面”的引用包括对这样的一个或多个表面的引用。
在整个说明书中，相似的附图标记或字符指代相似的元素。在说明书中，没有解释实施例的所有元素，但是将不描述本公开的技术领域中的常见内容或实施例之间的重复内容。本文所使用的术语“模块”或“单元”可以被实现为软件、硬件或固件中的一项或多项。根据本公开实施例，多个“模块”或“单元”可以被实现为一个元件，或者一个“模块”或“单元”可以包括多个元件。
在整个公开中，表述“a、b或c中的至少一项”指示仅a、仅b、仅c、a和b两者、a和c两者、b和c两者、a、b和c的全部或其变型。
在对本公开的实施例的描述中，当被视为可能会不必要地模糊本公开的主旨时，省略对相关技术的某些详细解释。尽管可以使用诸如“第一”、“第二”等术语来描述各种组件，但是这些组件不必受限于上述术语。上述术语仅用于将一个组件与另一组件区分开来。
当一个元件(例如，第一元件)“耦合到”或“连接到”另一元件(例如，第二元件)时，第一元件可以直接耦合或连接到第二元件，或者除非另有说明，否在在它们之间可以存在第三元件。
在本公开中，处理器140、140a、140b、140c、140d、140e和140f内的框和各种处理框可以对应于至少一个软件处理框、至少一个专用硬件处理器及其组合。在本公开中的处理器140、140a、140b、140c、140d、140e和140f内定义的框仅仅是用于执行本公开实施例的软件处理单元的示例。除了本公开中公开的处理单元之外，还可以定义以各种方式执行本公开实施例的处理单元。
现在将参考附图更全面地描述本公开实施例的操作原理以及本公开的各种实施例。
图1示出了根据本公开实施例的电子设备的结构和人类的耳朵结构。
参照图1，以包括耳机110在内的类型来实现根据本公开实施例的电子设备100。电子设备100可以被实现为例如包括耳机110在内的可穿戴设备。电子设备100可以被实现为例如无线耳机、有线耳机、头戴式显示器或智能眼镜。电子设备100具有被插入到人类耳朵的外耳道10中的形状。电子设备100可以通过使用耳机110和电耦合到耳机110的阻抗元件的第一电路来获得各种生物计量信息30。
生物计量信息30与佩戴电子设备100的用户的身体有关。可以经由用户的身体与电子设备100之间的交互来获得生物计量信息30。生物计量信息30可以包括例如心率或体温中的至少一种或其组合。
根据本公开实施例的电子设备100通过测量耳机110的阻抗的变化来检测耳机110的佩戴者(受检者)的生物计量信息。根据本公开实施例，耳机110连接到第一电路。耳机110可以被实现为使得其具有第一阻抗元件，并且第一阻抗元件和第一电路构成电压分配电路。具体地，耳机110的等效电路包括电气电路、机械电路和声学电路，并且电气电路、机械电路和声学电路彼此相互作用。
当将耳机110安装在受检者的外耳道10上时，耳管20中的压力由于体内的脉搏而改变。因此，耳机110的声学电路的声阻抗改变，且因此电气电路的阻抗改变。因此，根据本公开实施例，通过向耳机110的电气电路输入具有特定频率的交流(AC)信号作为驱动信号电压并测量在耳机110的电气电路中生成的电流，来检测电气电路的阻抗的变化。
当由于体温的改变而导致整个耳机110的温度改变时，电气电路的阻抗的电阻值改变。因此，根据本公开实施例，通过测量附接到受检者的耳朵的耳机110的电气电路的阻抗由于脉搏引起的随时间的平均变化，并将耳机110的阻抗随时间的变化转换为受检者的体温随时间的变化，来检测受检者的体温的变化。
根据本公开实施例，可以无创地检测生物计量信息。根据本公开实施例，当用户简单地将电子设备100插入外耳道10中时，可以收集生物计量信息。由于用户在必要时将电子设备100插入外耳道10中，因此用户无需执行特殊动作来收集生物计量信息。因此，根据本公开实施例，可以无创地检测生物计量信息而不需要用户执行附加动作。
图2是根据本公开实施例的电子设备的框图。
参照图2，根据本公开实施例的电子设备100可以包括耳机110、第一电路120、信号生成器130和处理器140。
耳机110将电信号变换成声波信号并输出该声波信号。耳机110可以通过操作振动板将电信号转换为声波信号。耳机110可以被称为耳机接收器。例如，耳机110可以被实现为例如晶体接收器或磁性接收器。晶体接收器通过使用晶体器件的压电效应来操作振动板，并且磁性接收器通过使与音频信号相对应的电流流入线圈来操作振动板。
根据本公开实施例的耳机110可以包括第一阻抗元件。第一阻抗元件表示由耳机110中包括的模拟器件、电线等生成的阻抗元件的总和。第一阻抗元件可以由电阻分量和电感分量来表示。
第一电路120包括至少一个第一模拟器件，并且其电耦合到耳机110的第一阻抗元件。第一模拟器件可以包括电阻器、电感器或电容器中的至少一个或其组合。第一模拟器件可以具有阻抗元件。根据本公开实施例，第一电路120可以包括多个第一模拟器件，并且多个第一模拟器件可以彼此串联或并联连接以构成各种电路结构。第一模拟器件电耦合到耳机110的第一阻抗元件，从而构成电阻分压电路，其中，分别向第一模拟器件和第一阻抗元件施加单独的电压。第一电路120可以经由某个节点从信号生成器130接收第一AC信号。在第一电路120中，第一AC信号的电压可以在第一阻抗元件和第一模拟器件之间划分。此时，可以根据第一模拟器件的阻抗元件与第一阻抗元件之间的比率来划分第一AC信号的电压，并且因此可以向第一模拟器件和第一阻抗元件分别施加通过该划分而获得的电压。
第一电路120输出包括与第一阻抗元件相对应的电压分量在内的第一检测信号。耳机110的第一阻抗元件可以因生物信号而改变。例如，可以向耳机110的振动板发送由于心跳引起的脉搏波信号，且因此第一阻抗元件可以与脉搏波信号相关地改变。作为另一示例，耳机110的第一阻抗元件可以因体温而改变。第一电路120电耦合到第一阻抗元件，并输出与第一阻抗元件的大小相关联的第一检测信号。当第一阻抗元件因生物信号而改变时，第一检测信号的值也相应于第一阻抗元件的变化而改变。因此，处理器140可以通过从第一检测信号中检测第一阻抗元件的变化来获得生物计量信息。
第一电路120包括模数转换器(ADC)，并且对第一电路120的检测信号执行模数转换以生成具有数字形式的第一检测信号并向处理器140输出第一检测信号。
第一电路120可以电耦合到耳机110的电气电路并且设置在基板上。第一电路120可以实现为例如印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(FPCB)。
信号生成器130生成具有第一频率的第一AC信号。例如，信号生成器130可以通过使用调频电路、分压电路等来生成具有第一频率的第一AC信号。
根据本公开实施例，作为在超声波范围内的频率的第一频率可以对应于超过约20kHz的频率范围。根据本公开实施例，可以通过使用在超声波范围内的频率信号来防止由于第一AC信号导致的噪声被输出到耳机110，该超声波范围超过人类可听到的可听最大限度范围。
根据本公开实施例，第一频率可以是20kHz至40kHz。第一电路120通过使用ADC来转换特定信号。第一电路120内的信号具有第一AC信号的第一频率。然而，在模数转换期间，需要以第一频率的两倍或更多倍的频率来执行信号采样。当第一频率是超过40kHz的频率时，很难实现ADC。因此，根据本公开实施例，可以将第一频率设置为40kHz或更小，并且因此可以容易地配置第一电路120。
处理器140控制电子设备100的所有操作。处理器140可以包括至少一个处理器140。处理器140可以通过执行存储器(未示出)中存储的指令或命令来执行特定操作。处理器140可以控制信号生成器130对第一AC信号的输出或不输出、第一AC信号的强度、第一AC信号的频率等。
处理器140从第一电路120接收第一检测信号并生成至少一条生物计量信息。第一检测信号可以具有大小分量和相位分量，并且第一检测信号的大小分量和相位分量可以根据生物信号而改变。处理器140可以从第一检测信号中提取大小分量和相位分量以获得生物计量信息。例如，处理器140可以根据第一检测信号的大小分量来获得体温信息，并且可以根据第一检测信号的相位分量来获得心率信息。
根据本公开实施例，电子设备100还可以包括输出接口(未示出)。输出接口输出由处理器140生成的生物计量信息。输出接口可以对应于例如显示器或通信接口。
根据本公开实施例，输出接口可以对应于通信接口，并且电子设备100可以经由输出接口向外部设备发送生物计量信息。例如，电子设备100可以在与智能电话进行通信的同时向作为主设备的智能电话发送生物计量信息。作为另一示例，电子设备100可以在与外部服务器进行通信的同时向外部服务器发送生物计量信息。
根据本公开实施例，电子设备100可以经由耳机110来输出生物计量信息。处理器140可以将生物计量信息转换为音频数据，并且经由耳机110来输出生物计量信息。例如，处理器140可以生成心率信息、心率异常信息、体温信息和体温异常信息，并将其向耳机110输出。
根据本公开实施例，输出接口可以对应于显示器，并且电子设备100可以经由输出接口来输出生物计量信息。当电子设备100被实现为例如头戴式显示器或智能眼镜时，处理器140可以生成生物计量信息或生物信号异常信息作为视觉信息，并经由图形用户界面(GUI)来输出生物计量信息或生物信号异常信息。
图3示出了根据本公开实施例的第一阻抗元件、第一电路和信号生成器的等效电路。
参照图3，耳机110包括第一阻抗元件310。第一阻抗元件310可以具有电阻R1和阻抗变化分量Δr。阻抗变化Δr可以根据生物信号来生成。
第一电路120包括至少一个第一模拟器件320。第一模拟器件320可以包括阻抗元件。例如，第一模拟器件320可以包括电阻分量R2。第一模拟器件320可以包括一个或多个模拟器件，并且可以具有源自一个或多个模拟器件的阻抗元件。
信号生成器130可以生成并输出具有第一频率的第一AC信号ei。第一AC信号ei具有AC电压，该AC电压具有特定振幅。可以向第一电路120的第一节点N330输入第一AC信号ei。信号生成器130还可以生成在特定地电位附近振动的第一AC信号，并且第一阻抗元件310的一端可以连接到该特定地电位。换言之，信号生成器130的一端和第一阻抗元件310的这一端可以具有电相同的电位，并且因此可以对应于电相同的节点。第一阻抗元件310的另一端可以串联耦合至第一模拟器件320。因此，可以向第一阻抗元件310和第一模拟器件320彼此串联耦合的电路的两端施加第一AC信号ei的电压。
第一阻抗元件310和第一模拟器件320构成分压电路。因此，当向分压电路的两端施加的电压被划分时，第一阻抗元件310和第一模拟器件320之间的第二节点N332具有基于特定地电位的与第一阻抗元件310相对应的电压ed。因为电子设备100检测第二节点N332的电压，所以电子设备100可以检测第一阻抗元件310，并且可以检测阻抗变化Δr。
图4是根据本公开实施例的电子设备的框图。
参照图4，电子设备100a包括耳机110、第一电路120a、信号生成器130和处理器140。第一电路120a包括数模转换器(DAC)410、第一模拟器件320、放大器(Amp.)412、带通滤波器(BPF)414、ADC416和正交解调器420。根据本公开实施例的电子设备100a还包括模拟电路430，该模拟电路430包括第一模拟器件320和耳机110的第一阻抗元件310。第一模拟器件320具有固定的阻抗元件。第一模拟器件320是包括固定电阻器、固定电感器或固定电容器中的至少一项或其组合在内的电路。
信号生成器130生成具有预定频率fi的AC信号cos(2π*fi*t)作为向耳机110的电气电路输入的驱动信号电压，其中，t指示时间(秒)。经由DAC 410向模拟电路430输入由信号生成器130生成的AC信号cos(2π*fi*t)。
预定频率fi可以是20kHz或更大的频率。当预定频率fi为20kHz或更大时，由于具有预定频率fi的声音通常是人类无法听到的超声波，因此电子设备100a可以检测生物计量信息而不会破坏耳机110的音频提供功能。预定频率fi可以是40kHz或更小。因为稍后将描述的ADC416的采样频率需要是预定频率fi的两倍或更多倍，所以当预定频率fi是超过40kHz的频率时，难以实现采样频率为预定频率fi两倍的ADC 416。
DAC 410对由信号生成器130生成的AC信号执行数模转换，并向模拟电路430输入数模转换的结果。
参照图4，模拟电路430包括串联连接到耳机110的第一阻抗元件310的第一模拟器件320。经由第一模拟器件320向第一阻抗元件310输入由于由DAC 410进行的数模转换而获得的作为模拟信号的第一AC信号。当第一AC信号的电压用ei来表示，耳机110的第一阻抗元件310的阻抗用R1来表示，由于生物信号的检测而导致的第一阻抗元件310的阻抗变化用Δr来表示，并且第一模拟器件320的阻抗用R2来表示时，使用等式1来计算耳机110的输入端子的点b的电压ed。
Figure BDA0003080994960000181
假设R1＝R2，则使用等式2来计算电压ed。
Figure BDA0003080994960000182
因为与耳机110的原始阻抗R1相比，由于生物信号的检测而导致的第一阻抗元件310的阻抗变化Δr非常小，所以使用等式3来计算电压ed。
Figure BDA0003080994960000183
换言之，电压ed与R1+Δr成比例地变化。因此，根据本公开实施例的电子设备100a检测与耳机110的原始阻抗R1和由生物信号引起的阻抗变化Δr之和成比例的电压ed，以便检测由生物信号引起的阻抗变化Δr。
首先，放大器412放大耳机110的输入端子的点b的电压ed，并向BPF 414输入经放大的电压。
然后，BPF 414使用预定频率fi作为中心频率，并从电压ed中去除除了预定频率fi之外的噪声。BPF 414向ADC 416输入被去除了噪声的电压分量，该电压分量包括第一阻抗元件310的阻抗变化Δr并且与R1+Δr成比例。
ADC 416对包括阻抗变化Δr在内并且与R1+Δr成比例的电压分量执行模数转换，并向正交解调器420输入模数转换的结果。
正交解调器420包括混频器421、低通滤波器(LPF)424、90°移相器418、混频器422和LPF 426。正交解调器420通过使用由信号生成器130生成的AC信号cos(2π*fi*t)作为本地信号，对由BPF 414输出的与R1+Δr成比例的电压分量进行正交解调，从而生成同相分量I和正交相位分量Q。
混频器421将由信号生成器130生成的AC信号cos(2π*fi*t)与由ADC 416输出的信号进行混频，并向LPF 424输入通过混频而获得的信号。LPF 424从混频器421输出的信号中去除高频分量，并生成同相分量I。
90°移相器418将信号生成器130生成的AC信号cos(2π*fi*t)的相位进行90°移相，并向混频器422输入经90°移相的AC信号sin(2π*fi*t)。混频器422将由90°正弦移相器(sinphase shifter)418获得的经90°移相的AC信号sin(2π*fi*t)与由ADC 416输出的信号进行混频，并向LPF 426输入与混频结果相对应的信号。LPF 426从混频器422输出的信号中去除高频分量，并生成正交相位分量Q。
图5是根据本公开实施例的处理器的框图。
参照图5，处理器140a根据由正交解调器420生成的同相分量I和正交相位分量Q来计算振幅分量A和相位分量θ，并且通过使用振幅分量A和相位分量θ中的至少一个来计算生物计量信息。处理器140a包括体温信息生成器510和心率信息生成器530a。体温信息生成器510和心率信息生成器530a根据同相分量I和正交相位分量Q来生成体温信息。体温生成器510包括振幅计算器512、平均值计算器514和体温计算器516。心率信息生成器530a包括相位计算器532、检测滤波器534、快速傅立叶变换器(FFT)536、峰值频率检测器538和脉搏计算器540。
振幅计算器512将同相分量I的平方和正交相位分量Q的平方求和，并计算总和的平方根，从而计算振幅分量A。平均值计算器514计算由振幅计算器512计算的振幅分量A的相对较长的时间段(例如，至少几秒钟或至多几分钟)的平均值。体温计算器516根据由平均值计算器514计算的平均值来计算体温。具体地，体温计算器516通过使用线性表达式来计算体温，该线性表达式使用由平均值计算器514计算的平均值作为参数。该线性表达式的系数是通过实验来预先获得的。
相位计算器532通过计算通过将正交相位分量Q除以同相分量I而获得的值的反正切(tan-1(Q/I))来计算相位分量θ。检测滤波器534是将包括目标生物信号(图5的示例中的脉搏)在内的频率用作中心频率的BPF，并且根据由相位计算器532计算的相位分量θ来强调期望频率(图5的示例中的脉搏的频率)。FFT 536对检测滤波器534输出的信号执行快速傅立叶变换，并向峰值频率检测器538输入通过快速傅立叶变换所获得的信号。峰值频率检测器538根据从FFT 536接收的信号来检测具有最大功率的频率fp。接下来，脉搏计算器540通过将由峰值频率检测器538检测到的频率fp[Hz]乘以60来计算一分钟的脉搏(脉搏波的数量)，从而计算一秒的心率。
图6是根据本公开实施例的处理器的框图。
参照图6，处理器140b包括体温信息生成器510和心率信息生成器530b。体温信息生成器510与以上参照图5描述的相同。心率信息生成器530b包括相位计算器532、检测滤波器534、施密特触发器610、间隔平均计算器620和脉搏计算器540。本文省略对图6中与图5的组件相同的组件的描述。
施密特触发器610将检测滤波器534输出的信号二值化。然后，间隔平均计算器620通过对预定时间间隔(例如，几秒到约10秒的时间间隔)中由施密特触发器610获得的二值化信号的波形周期进行平均来计算平均值Ti。脉搏计算器540通过将由间隔平均计算器620计算的平均值Ti[秒]的倒数乘以60，来计算一分钟的脉搏(脉搏波的数量)。
图7示出了根据本公开实施例的表示由处理器生成的振幅分量A随时间变化的波形的示例710以及表示由处理器生成的相位分量θ随时间变化的波形的示例720。
图7的曲线图的纵轴指示振幅分量A或相位分量θ，且横轴指示时间(秒)。
图8示出了根据本公开实施例的由处理器生成的振幅分量A的频谱的示例810，以及由处理器生成的相位分量θ的频谱的示例820。
图9示出了根据本公开实施例的表示经过处理器的检测滤波器的振幅分量A随时间变化的波形的示例910，以及表示经过处理器的检测滤波器的相位分量θ随时间变化的波形的示例920。
图9的纵轴指示振幅分量A或相位分量0，且横轴指示时间(秒)。
图10示出了根据本公开实施例的经过处理器的检测滤波器的振幅分量A的频谱的示例1010以及经过处理器的检测滤波器的相位分量θ的频谱的示例1020。
参照图7和图8，与由处理器140a和140b生成的振幅分量A相关联的示例710和810相比，与由处理器140a和140b生成的相位分量θ相关联的示例720和820更清楚地表示脉搏波。
参照图9和图10，因为除了中心频率之外的噪声被检测滤波器534去除，所以与相位分量θ相关联的示例920和1020更清楚地表示脉搏波，并且即使在执行快速傅立叶变换之后也清楚地表示包括峰值频率在内的分量。
在根据本公开实施例的上述电子设备100中，向包括耳机110的第一阻抗元件310在内的模拟电路430输入具有预定频率fi的AC信号，且因此模拟电路430输出包括与耳机110的阻抗变化相对应的电压分量在内的电压。因此，上述电子设备100可以基于由佩戴耳机110的人体的诸如脉搏波或体温之类的生物信号引起的阻抗变化来计算生物计量信息。因此，根据本公开实施例的电子设备100可以在提供与音频信号相对应的声波的同时检测生物计量信息。
由于脉搏波的频率约为几Hz且其大小非常小，因此难以检测脉搏波。根据本公开实施例，即使在不使用在接近直流(DC)的频率下具有高放大因子的放大器时，由佩戴耳机110的人体的生物信号引起的阻抗变化也可以被检测。因此，根据本公开实施例，不需要大的线圈和电容器(condenser)来实现具有高放大因子的放大器。因此，根据本公开实施例，电路可以形成为具有小而简单的结构。
另外，根据本公开实施例，因为预定频率fi是具有20kHz或更大的频率，所以可以经由模拟电路430向耳机110的电气电路输入人类不可听见的20kHz或更大的超声波，并且可以在不破坏耳机110的音频提供功能的情况下检测生物计量信息。
根据本公开实施例，因为预定频率fi小于或等于40kHz，所以可以防止难以实现采样频率是预定频率fi两倍的ADC 416。
根据本公开实施例，BPF 414可以从向第一阻抗元件310施加的电压ed中去除除了预定频率fi之外的噪声。换言之，BPF 414能够向ADC 416输入已经被去除了噪声并且与包括阻抗变化Δr在内的R1+Δr成比例的电压分量，从而导致第一检测信号的信噪比(SNR)增大。
根据本公开实施例，使用耳机110的第一阻抗元件310和作为串联连接到第一阻抗元件310的固定阻抗元件的第一模拟器件320来配置模拟电路430，从而具有简单的结构。
根据本公开实施例，正交解调器420通过使用由信号生成器130生成的AC信号作为本地信号，对BPF 414输出的信号进行正交解调，从而生成同相分量I和正交相位分量Q，处理器140根据同相分量I和正交相位分量Q来计算振幅分量A和相位分量θ，并且使用振幅分量A或相位分量θ中的至少一个来计算生物计量信息。因此，可以基于耳机110的阻抗变化Δr来计算生物计量信息。
接下来，将参照图11和图12来描述根据本公开另一实施例的第一电路。
图11是根据本公开实施例的电子设备的框图。
图12是根据本公开实施例的模拟电路的示意电路图。
参照图11，根据本公开另一实施例的电子设备100包括耳机110、第一电路120b、信号生成器130和处理器140。第一电路120b包括DAC 1120、180°移相器1124、DAC 1122和模拟电路1110，且因此图11的电子设备100不同于图4的电子设备100。向图11和图12的电子设备100的与图4的电子设备100的组件相对应的组件分配相似的附图标记或字符，并且将省略对其的重复描述。
参照图11，沿着不同的路径来发送由信号生成器130生成的AC信号，其一条路径通向DAC 1120，而另一条路径通向180°移相器1124。DAC 1120对由信号生成器130生成的AC信号执行数模转换，并向模拟电路1110输入数模转换的结果。180°移相器1124对由信号生成器130生成的第一AC信号的相位进行180°移相，并向DAC 1122输入具有经180°移相的相位的AC信号。DAC 1122对具有经180°移相的相位的AC信号执行数模转换，并向模拟电路1110输入数模转换的结果。
参照图12，模拟电路1110是电桥电路。电桥电路包括作为耳机110的阻抗的第一阻抗元件310、第二阻抗1114、第三阻抗1116和第四阻抗1112。第二阻抗1114、第三阻抗1116和第四阻抗1112中的每个可以对应于至少一个模拟器件(例如，电阻器、电容器或电感器中的至少一个或其组合)。第二阻抗1114、第三阻抗1116和第四阻抗1112是固定阻抗。固定阻抗是包括固定电阻器、固定电感器或固定电容器中的至少一个或其组合在内的电路。
假设第一AC信号的电压为ei，则从信号生成器130向第一阻抗310和第四阻抗1112之间的第一节点(节点a)输入第一AC信号的一半+ei/2，以及向第二阻抗1114和第三阻抗1116之间的第二节点(节点b)输入通过使第一AC信号的相位反相而获得的反相信号的一半-ei/2。因此，在电桥电路的节点a和b之间输入振幅为ei的正弦电压。
假设作为耳机110的阻抗的第一阻抗310为R1，由于生物信号的检测而引起的第一阻抗310的阻抗变化为Δr，第二阻抗1114的阻抗为R2，第三阻抗1116的阻抗为阻抗为R3，并且第四阻抗1112的阻抗为R4，则使用等式4来计算电桥电路的节点c与节点d之间的电压Δe。
Figure BDA0003080994960000231
假设R4＝R1且R3＝R2，则使用等式5来计算电压Δe。
Figure BDA0003080994960000241
因为与耳机110的原始阻抗R1相比，由于对生物信号的检测而导致的第一阻抗元件310的阻抗变化Δr非常小，所以使用下面的等式6来计算电压Δe。
Figure BDA0003080994960000242
换言之，电压Δe与Δr成比例地变化。因此，根据本公开另一实施例的电子设备100检测与源自生物信号的Δr成比例的电压Δe。
首先，放大器412放大电桥电路的节点c和d之间的电压Δe，并且向BPF 414输入经放大的电压Δe。
然后，BPF 414使用预定频率fi作为中心频率，并从电压Δe中去除除了预定频率fi之外的噪声。BPF 414向ADC 416输入被去除了噪声的电压Δe。然后，ADC 416将被去除了噪声的电压Δe转换为数字信号，并且正交解调器420生成同相分量I和正交相位分量Q。接下来，处理器140基于同相分量I和正交相位分量Q来计算生物计量信息。
根据本公开另一实施例的上述电子设备100获得与图4的电子设备100相同的效果。此外，因为模拟电路1110是电桥电路，所以上述电子设备100可以向BPF 414输入与由生物信号引起的阻抗变化Δr成比例的电压Δe，并且可以更精确地检测生物计量信息。
在图4的电子设备100中，向BPF 414输入与耳机110的原始阻抗R1和由生物信号引起的阻抗变化Δr之和成比例的电压ed。因为与耳机110的原始阻抗R1相比，阻抗变化Δr非常小，所以伴随着Δr变化的电压ed的变化非常小，并且检测灵敏度也很低。然而，在图11和图12的电子设备100中，向BPF 414仅输入与由生物信号引起的阻抗变化Δr成比例的电压Δc，因此Δr的变化和电压Δe的变化变得相等。因此，可以更精确地检测生物计量信息。
接下来，将参考图13来描述本公开的另一实施例。
图13是根据本公开实施例的电子设备的框图。
参照图13，电子设备100与图4的电子设备100的不同之处在于包括第一电路120c、DAC 410、差分放大器1322和模拟电路1310。向图13的电子设备100的与图4的电子设备100的组件相对应的组件分配相似的附图标记或字符，并且将省略对其的重复描述。
参照图13，向DAC 410输入由信号生成器130生成的第一AC信号。DAC 410对由信号生成器130生成的第一AC信号执行数模转换，并向模拟电路1310输入数模转换的结果。
参照图13，模拟电路1310是电桥电路。电桥电路包括作为耳机110的阻抗的第一阻抗元件310、第二阻抗1312、第三阻抗1314和第四阻抗1316。
第二阻抗1312、第三阻抗1314和第四阻抗1316是固定阻抗。固定阻抗是包括固定电阻器、固定电感器或固定电容器中的至少一个或其组合在内的电路。
假设第一AC信号的电压为+ei，则从信号生成器130向第二阻抗1312和第三阻抗1314之间的第一节点(节点a)输入第一AC信号的电压+ei，并且第一阻抗310和第四阻抗1316之间的第二节点(节点b)接地。因此，在电桥电路的节点a和b之间输入振幅为ei的正弦电压。
与图11和图12的模拟电路1110类似，图13的模拟电路1310的节点c和d之间的电压Δc与由于对生物信号的检测而导致的第一阻抗310的阻抗变化Δr成比例地变化。因此，根据本公开各种实施例的电子设备100检测与源自生物信号的Δr成比例的电压Δe。
差分放大器1322通过取第二阻抗1312和第一阻抗310之间的节点c处的输入电压与第三阻抗1314和第四阻抗1316之间的节点d处的输入电压之间的差分值来检测电压Δe。差分放大器1322对电压Δe进行放大，并向BPF 414输入经放大的电压Δe。后续处理与图11的处理相同，且因此将省略对其的详细描述。
在根据本公开另一实施例的图13的上述电子设备100中，获得与图11和图12的电子设备100的效果相同的效果，并且因为从信号生成器130向第二阻抗1312和第三阻抗1314之间输入第一AC信号，并且第一阻抗310和第四阻抗1316之间的节点接地，所以从信号生成器130向模拟电路1310的电桥电路输入单个AC信号。因此，与其中向模拟电路1110的电桥电路输入两个AC信号(即，AC信号的一半+ei/2和通过将AC信号反相而获得的反相信号的一半-ei/2)的图11的电子设备100相比，在图13的实施例中，使两个AC信号的相位差能够准确地为180°的相位调整不是必须的，并且可以更容易且更精确地检测生物计量信息。
接下来，将参考图14来描述本公开的另一实施例。
图14是根据本公开实施例的电子设备的框图。
参照图14，根据该实施例的电子设备100与图4的实施例的不同之处在于：第一电路120d包括包络检测器1416、电容器(condenser)1418、放大器1420、ADC 1422、作为生物计量信息计算器的脉搏计算器405、LPF 1424和ADC 1426。该实施例在向处理器140输入的第一检测信号方面也与图4的实施例不同。因此，处理器140的心率计算器1430和体温计算器1432的操作不同于图4的处理器140。向图14的电子设备100的与图4的电子设备100的组件相对应的组件分配相似的附图标记或字符，并且将省略对其的重复描述。
在图4的电子设备100中，除了与源自生物信号的Δr成比例的电压分量之外，从模拟电路430经由放大器412向BPF 414输入的信号ed还包括与耳机110的原始第一阻抗元件的阻抗R1成比例的电压分量。此外，由于与耳机110的原始阻抗R1相比，第一阻抗元件中的阻抗变化Δr非常小，因此伴随着Δr变化的电压ed的变化变得非常小，且因此检测灵敏度低。
因此，在电子设备100中，首先，包络检测器1416检测由BPF 414输出的信号的包络。包络检测器1416对节点b的电压变化ed进行包络检测，以获得振幅变化分量ΔA和DC分量DC。例如，包络检测器1416接收AC信号1442，并输出表示接收到的AC信号1442的包络1444的信号。沿两条路径来发送包络检测器1416输出的信号。
在一条路径上，电容器1418去除由包络检测器1416输出的包络检测信号的DC分量。包络检测信号的DC分量对应于与耳机110的原始阻抗R1成比例的电压分量。因此，由于通过电容器1418去除包络检测信号的DC分量，因此从包络检测信号中提取与源自生物信号的阻抗变化Δr成比例的电压分量。电容器1418输出的信号被放大器1420放大，并由ADC1422转换成数字信号。ADC 1422输出的数字信号对应于由图4的处理器140生成的振幅分量A。如图7和图8所示，与由处理器140生成的振幅分量A相比，由处理器140生成的相位分量θ更好地表示脉搏波。根据本公开实施例，即使当使用振幅分量A而不是相位分量θ时，也可以使用相同的方法来计算脉搏。心率计算器1430通过使用与图4的处理器140中使用的方法相同的方法，基于由ADC 1422输出的信号来计算脉搏。
在另一条路径上，LPF 1424发送由包络检测器1416输出的包络检测信号的DC分量。如上所述，包络检测信号的DC分量对应于与耳机110的原始阻抗R1成比例的电压分量。例如，由于佩戴耳机110的受检者的体温改变，整个耳机110的温度改变，并且耳机110的原始阻抗R1也改变。因此，可以基于由包络检测器1416输出的包络检测信号的DC分量来检测诸如体温之类的生物计量信息，该DC分量对应于与耳机110的原始阻抗R1成比例的电压分量。
ADC 1426将LPF 1424输出的包络检测信号的DC分量转换为数字信号。ADC 1426输出的数字信号对应于由图4的处理器140生成的振幅分量A的相对长的时间段(例如，至少几秒钟或更长时间或至多几分钟)的平均值。因此，体温计算器1432通过使用与图4的处理器140中使用的方法相同的方法，基于由ADC 1426输出的数字信号来计算体温。
在根据本公开另一实施例的图14的上述电子设备100中，获得与图4的电子设备100的效果相同的效果，并且由于电容器1418去除了包络检测信号的DC分量，所以可以通过提取由生物信号引起的耳机110的阻抗变化Δr来计算生物计量信息。因此，图14的上述电子设备100可以更精确地检测生物计量信息。
此外，因为包络检测信号的DC分量是由LPF 1424提取的，所以图14的上述电子设备100可以基于由生物信号引起的DC分量的变化来计算生物计量信息。
接下来，将参考图15来描述本公开的另一实施例。
图15是根据本公开实施例的电子设备的框图。
参照图15，根据本公开另一实施例的电子设备100与根据图4、图11、图13和图14的实施例的电子设备100的不同之处在于包括第一电路120e、DAC 410和高通滤波器(HPF)1510。向图15的电子设备100的与图4的电子设备100的组件相对应的组件分配相似的附图标记或字符，并且将省略对其的重复描述。图15的电子设备100的模拟电路1520对应于图4、图11、图13和图14的每个模拟电路430、1110和1310。
HPF 1510具有预定频率fi的截止频率，并且发送高于预定频率fi的频率。经由HPF1510向耳机110输入由诸如音频装置之类的音频播放器输出的音频信号。换言之，HPF 1510向耳机110输入音频信号，从该音频信号中去除了小于或等于预定频率fi的频率分量。音频信号指示表示音频数据的电模拟信号。向耳机110输入音频信号，并且耳机110将音频信号变换成声波信号并输出声波信号。
类似于图4的实施例，预定频率fi可以是至少20kHz的频率，20kHz是人类通常不可听见的超声波的下限频率。当预定频率fi是20kHz或更高的频率时，HPF 1510可以向耳机110输入已经去除了作为噪声分量的超声波的音频数据信号。
HPF 1510从音频数据信号中去除小于或等于预定频率fi的频率分量。因此，即使当从诸如音频装置之类的音频播放器向耳机110输入音频数据信号时，也经由模拟电路1520向耳机110输入具有预定频率fi的第一AC信号cos(2π*fi*t)，且因此可以防止音频数据信号的频率分量干扰对由耳机110的生物信号引起的阻抗变化Δr的检测。
在根据本公开另一实施例的图15的上述电子设备100中，获得了与图4、图11、图13和图14的电子设备100的效果相同的效果，并且HPF 1510从由诸如音频装置之类的音频播放器输出的音频数据信号中去除音频信号的噪声分量，该噪声分量与小于或等于信号生成器130生成的第一AC信号的预定频率fi的频率分量相对应。因此，可以防止音频数据信号的频率分量干扰对由耳机110的生物信号引起的阻抗变化Δr的检测，该检测是由于向模拟电路1520输入具有预定频率fi的第一AC信号而执行的。因此，根据本公开实施例，电子设备100可以在提供音频信号的同时更精确地检测生物计量信息。
由于脉搏波的频率约为几Hz，因此很难与诸如声音或音乐之类的音频数据中包括的低频分量相分离。因此，当不应用实施例时，难以在提供诸如声音或音乐之类的音频信号的同时，检测诸如脉搏波之类的生物计量信息。
由于脉搏波的频率约为几赫兹(Hz)并且微弱，因此在接近DC的频率上需要具有高放大因子的放大器。然而，需要大线圈和电容器来实现这种放大器。因为电容器不能用于低频放大电路的端到端耦合，所以放大器的电压偏移对应手段是必要的，并且电路容易变大和复杂。
为了处理这个问题，实施例提供了能够在提供音频的同时检测生物计量信息的电子设备100。
接下来，将参考图16来描述本公开的另一实施例。
图16是根据本公开实施例的电子设备的框图。
参照图16，根据实施例的电子设备100在模拟电路1610和第一电路120f的结构方面不同于图13的电子设备100。向图16的电子设备100的与图13的电子设备100的组件相对应的组件分配相似的附图标记或字符，并且将省略对其的重复描述。
在图16的示例中，从诸如音频装置之类的音频播放器1612向右耳耳机和左耳耳机输入音频信号，并且电子设备100检测右耳耳机的阻抗310a的由生物信号引起的变化Δr。根据本公开另一实施例，电子设备100可以检测左耳耳机的阻抗310b的由生物信号引起的变化Δr。在这种情况下，模拟电路1610包括左耳耳机的阻抗310b而不是右耳耳机的阻抗310a。可以从音频播放器1612向仅用于一只耳朵的耳机110(也称为单耳耳机)输入音频信号，并且电子设备100可以检测仅用于一只耳朵的耳机110的由生物信号引起的阻抗变化Δr。在这种情况下，模拟电路1610包括仅用于一只耳朵的耳机110的阻抗，而不是右耳耳机的阻抗310a。
参照图16，模拟电路1610是电桥电路。电桥电路包括作为右耳耳机的阻抗的第一阻抗元件310a、第二阻抗1622、第三阻抗1624和第四阻抗1626。第二阻抗1622、第三阻抗1624和第四阻抗1626是固定阻抗。固定阻抗是包括固定电阻器、固定电感器或固定电容器中的至少一个或其组合在内的电路。
假设第一AC信号的电压为+ei，则从信号生成器130向第二阻抗1622和第三阻抗1624之间的第一节点(节点a)输入第一AC信号的电压+ei，并且第一阻抗310a和第四阻抗1626接地。换言之，电桥电路的节点c经由第一阻抗310a接地，并且电桥电路的节点d经由第四阻抗1626接地。因此，在电桥电路的节点a与第一阻抗310a和第四阻抗1626的接地点之间输入振幅为ei的正弦电压。
与图13的模拟电路1310类似，图16的模拟电路1610的节点c和d之间的电压Δe与由于对生物信号的检测而导致的第一阻抗310a的阻抗变化Δr成比例地变化。因此，根据实施例的电子设备100检测与源自生物信号的Δr成比例的电压Δe。
差分放大器1322通过取第二阻抗1622和第一阻抗310a之间的节点c处的输入电压与第三阻抗1624和第四阻抗1626之间的节点d处的输入电压之间的差分值来检测电压Δe。差分放大器1322对电压Δe进行放大，并向BPF 414输入经放大的电压Δe。后续处理与图4和图11的处理相同，且因此将省略对其的详细描述。
根据本公开实施例，向第二阻抗1622和第一阻抗310a之间输入从音频播放器1612向右耳耳机输入的音频信号，并且还向第三阻抗1624和第四阻抗1626之间输入从音频播放器1612向右耳耳机输入的音频信号。
根据实施例的电子设备100还包括第一缓冲器1614、第二缓冲器1616、第一电阻器R11、第二电阻器R12和第三电阻器R13。
根据本公开实施例，第一电阻器R11、第二电阻器R12和第三电阻器R13具有相同的电阻值。根据本公开实施例，可以使用电容器或电感器代替第一电阻器R11、第二电阻器R12和第三电阻器R13。根据本公开实施例，第一缓冲器1614和第二缓冲器1616是具有相同结构和相同特性的缓冲器电路，例如电压跟随器电路。
音频播放器1612经由第一缓冲器1614以及第一电阻器R11或第二电阻器R12向右耳耳机输出用于右耳的模拟音频信号。音频播放器1612经由第二缓冲器1616和第三电阻器R13向左耳耳机输出用于左耳的模拟音频信号。第一电阻器R11的输出侧耦合到电桥电路的节点c，且第二电阻器R12的输出侧耦合到电桥电路的节点d。因此，在第二阻抗1622和第一阻抗310a之间输入从音频播放器1612向右耳耳机输入的音频信号，并且还在第三阻抗1624和第四阻抗1626之间输入从音频播放器1612向右耳耳机输入的音频信号。换言之，将音频信号添加到从第二阻抗1622和第一阻抗310a之间向差分放大器1322输入的输入电压和从第三阻抗1624和第四阻抗1626之间向差分放大器1322输入的输入电压。
因为差分放大器1322取第二阻抗1622和第一阻抗310a之间的节点c处的输入电压与第三阻抗1624和第四阻抗1626之间的节点d处的输入电压之间的差分值，所以第二阻抗1622和第一阻抗310a之间的输入电压中包括的音频信号和第三阻抗1624和第四阻抗1626之间的输入电压中包括的音频信号被彼此抵消。因此，差分放大器1322的输出不包括源自音频信号的电压分量，且因此可以更精确地检测生物计量信息。
图17示出了根据本公开实施例的当音频播放器未输出音频信号时由电子设备的处理器输出的脉搏波的检测信号的波形的示例1710，以及当音频播放器输出音频信号时由设备电子设备的处理器输出的脉搏波的检测信号的波形的示例1720。图17的纵轴指示相位(度)，且其横轴指示时间(秒)。图17的点划线指示脉搏波的检测信号的波形。
参照图17，在图16的电子设备100中，即使当从音频播放器1612向右耳耳机输出音频信号时，也可以基于右耳耳机的阻抗310a的变化Δr，在与没有从音频播放器1612向右耳耳机输出音频信号时相同的程度上，检测诸如脉搏之类的生物计量信息。
在图16的电子设备100中，获得了与图13的电子设备100的效果相同的效果，并且当差分放大器1322取第二阻抗1622与第一阻抗310a之间的输入电压和第三阻抗1624与第四阻抗1626之间的输入电压之间的差分值时，第二阻抗1622与第一阻抗310a之间的输入电压中包括的音频信号以及第三阻抗1624与第四阻抗1626之间的输入电压中包括的音频信号被彼此抵消。因此，差分放大器1322的输出不包括源自音频信号的电压分量，且因此可以更精确地检测生物计量信息。
为了去除源自音频信号的电压分量，在音频播放器1612和模拟电路1610之间不需要使用预定频率fi作为截止频率的HPF等，如图15的HPF 1510。因此，防止了由于HPF的使用而使耳机110输出的音频信号的声音质量下降。
根据本公开实施例，因为第一电阻器R11、第二电阻器R12和第三电阻器R13具有相同的电阻值，并且第一缓冲器1614和第二缓冲器1616是具有相同结构和相同特性的缓冲器电路，因此在音频播放器1612输出的右耳音频信号和左耳音频信号之间保持平衡。因此，右耳耳机和左耳耳机可以输出立体声音频信号。
当第一缓冲器1614和第二缓冲器1616例如是电压跟随器电路时，音频信号的阻抗被变换，使得第一缓冲器1614和第二缓冲器1616增加音频信号的电流值。因此，例如，即使当音频播放器1612输出的音频信号的电流值不足以驱动模拟电路1610的电桥电路时，也可以将音频信号更安全地添加到电桥电路的节点c和d的输入电压。
图18示出了根据本公开实施例的模拟电路。
图19和图20是示出了根据本公开各种实施例的图18的模拟电路的电路图。
参照图18，根据实施例的模拟电路1810是对图13的模拟电路1310的修改。
在图13的模拟电路1310中，第一阻抗310的阻抗R1+Δr、第二阻抗1312的阻抗R2、第三阻抗1314的阻抗R3和第四阻抗1316的阻抗R4中的每个都是可以包括虚数分量的阻抗。因此，在图19和图20中使用Z1+Δz、Z2、Z3和Z4来代替图13的R1+Δr、R2、R3和R4。因为第一阻抗310是耳机110的阻抗，如图19所示，第一阻抗310可以表示为电阻值R_1的电阻与电感值L_1的电感之间的串联电路。例如，电阻值R_1约为数十Ω，且电感值L_1约为数十μH至约数百μH。
在模拟电路1810中，为了满足等式5的前提条件Z1＝Z4，如图20所示，还需要将第四阻抗1826形成为电阻值R_1的电阻和电感值L_1的电感之间的串联电路。
参照图20，第二阻抗1822可以包括具有电阻值R_2的电阻，且第三阻抗1824可以包括具有与电阻值R_2相同的电阻值R_3的电阻。换言之，第四阻抗1826需要是与对应于第一阻抗310的耳机110相同产品的耳机110的阻抗。然而，当制备与对应于第一阻抗310的耳机110相同产品的耳机110时，成本大大增加，并且难以将模拟电路1810安装在用于移动装置的小基板上。因此，这种情况是不现实的。
为了满足Z1＝Z4，可以考虑形成具有电阻分量和电感分量的第四阻抗1826的方法。然而，即使在将数十μH的电感形成为芯片电感时，由于其具有相对大的尺寸，也难以将模拟电路1810安装在用于移动装置中的小基板上。
因此，在模拟电路1810中，如图18所示，将第一阻抗310形成为电阻值R_1的电阻与电感值L_1的电感之间的串联电路，将第二阻抗1822形成为具有电阻值R_2的电阻，将第三阻抗1824形成为具有电阻值R_3的电阻与电容C_3的电容器之间的并联电路，并且将第四阻抗1826形成为具有电阻值R_4的电阻。
假设满足Z2/Z1＝Z3/Z4而不是Z1＝Z4且Z2＝Z3，作为电桥电路(作为模拟电路1810)的平衡条件，则建立以下等式7。
Figure BDA0003080994960000331
等式7的实部和虚部的相应等式分别表示为等式8和9。
Figure BDA0003080994960000332
Figure BDA0003080994960000341
例如，当α为正实数时，假设R_1＝α*R_4，R_2＝α*R_3且C_3＝L_1/(α*R_3*R_4)，则等式8和9变为频率ω的相同等式，并且模拟电路1810可以关于任何频率ω满足等式8和9。因此，模拟电路1810可以实现具有高检测灵敏度的平衡。
根据上述实施例，在图13的电子设备100中，模拟电路1810可以由便宜且小容量的组件形成，而不是由昂贵且大的附加耳机110或电感器组件形成，并且模拟电路1810可以实现具有高检测灵敏度的平衡状态。
根据本公开实施例，已经描述了对图13的模拟电路1310的修改。然而，可以对图11的模拟电路1110进行相同的修改。
图21示出了根据本公开实施例的模拟电路。
参照图21，根据实施例的模拟电路2110是对图16的模拟电路1610的修改。在图16中，与第一电阻器R11和第二电阻器R12耦合的第一缓冲器1614的输出接地，并且假定第一缓冲器1614的输出阻抗接近0Ω。因此，图16的模拟电路1610被图21所示的等效电路(模拟电路2110)代替。在图21中，图16的第四阻抗1626、第一电阻器R11和第二电阻器R12的电阻值R4、R11和R12分别是电阻值R_4、电阻值R_11和电阻值R_14。类似于图18的实施例，第一阻抗310、第二阻抗1622、第三阻抗1624和第四阻抗1626的阻抗R1、R2、R3和R4中的每一个是可以包括虚数分量在内的阻抗。因此，在图21的实施例中，使用Z1、Z2、Z3和Z4来代替图16的R1、R2、R3和R4。
在模拟电路2110中，将第一阻抗310形成为“彼此串联连接的电阻值R_1的电阻和电感值L_1的电感”与“电阻值R_11的电阻”之间的并联电路，将第二阻抗2122形成为具有电阻值R_2的电阻，将第三阻抗2124形成为具有电阻值R_3的电阻与电容C_3的电容器之间的并联电路，并且将第四阻抗2126形成为具有电阻值R_4的电阻与电容C_4的电容器之间的并联电路。
类似于图18的实施例，假设满足Z2/Z1＝Z3/Z4而不是Z1＝Z4且Z2＝Z3，作为电桥电路(作为模拟电路2110)的平衡条件，则建立以下等式10。
Figure BDA0003080994960000351
等式10的实部和虚部的相应等式分别表示为等式11和12。
Figure BDA0003080994960000352
Figure BDA0003080994960000353
例如，当α为正实数时，假设R_1＝α*R_4、R_2＝d*R_3、R_11＝α*R_14、C_3＝L_1/(α*R_3*R_4)且C_4＝L_1/(α*R_4*R_14)，则等式11和12变为频率ω的相同等式，并且模拟电路2110可以关于任何频率ω满足等式11和12。因此，模拟电路2110可以实现具有高检测灵敏度的平衡。
根据上述实施例，在图16的电子设备100中，模拟电路2110可以由便宜且小容量的组件形成，而不是由昂贵且大的附加耳机110或电感器组件形成，并且模拟电路2110可以实现具有高检测灵敏度的平衡状态。
图22示出了根据本公开实施例的检测信号的振幅和相位信息。
图23是根据本公开实施例的处理器的框图。
图24是根据本公开实施例的处理器的框图。
与图5的处理器140a相比，图23的处理器140c与图5的处理器140a的不同之处在于包括DC分量切减器2302a和2302b以及运动消除器2304。图24的处理器140d与图6的处理器140b的不同之处在于包括DC分量切减器2302a和2302b以及运动消除器2304。向图23和图24的电子设备100的与图5和图6的电子设备100的组件相对应的组件分配相似的附图标记或字符，并且将省略对其的重复描述。
在生物信号检测中，特别是脉搏波检测中，在图5和图6的电子设备100中，检测信号中包括的脉搏波分量非常弱。因此，图5和图6的电子设备100中的生物信号检测容易受到源自受检者的运动(身体运动)的信号的影响。图22示出了振幅图2210和相位图2220，振幅图2210示出了受检者的运动对振幅分量的影响，相位图2220示出了受检者的运动对相位分量的影响。在图22的振幅图2210中，纵轴指示由图23和图24的DC分量切减器2302a获得的经DC切减的振幅分量dA的振幅大小，而横轴指示时间(秒)。在图22的相位图2220中，纵轴指示由图23和图24的DC分量切减器2302b获得的经DC切减的相位dθ，而横轴指示时间(秒)。在图22中，示出了直到约18秒为止受检者没有运动时的数据，并且示出了在约18秒之后受检者有运动时的数据。
参照图22，根据受检者的运动的经DC切减的振幅分量dA和经DC切减的相位分量dθ的变化明显大于根据受检者的脉搏波的经DC切减的振幅分量dA和经DC切减的相位分量dθ的变化。因此，当受检者有运动时，难以从检测信号的经DC切减的振幅分量dA和经DC切减的相位分量dθ中提取受检者的脉搏波。
参照图23和图24，处理器140c和140d去除由受检者的运动引起的信号。
DC分量切减器2302a从由振幅计算器512计算的振幅分量A中去除包括由温度(体温)引起的长时间变化在内的DC分量。类似地，DC分量切减器2302b从由相位计算器532计算的相位分量θ中去除包括由温度(体温)引起的长时间变化在内的DC分量。
根据以下等式13，运动消除器2304从由DC分量切减器2302a获得的经DC切减的振幅分量dA中去除受检者的运动分量。
类似地，根据以下等式13，运动消除器2304从由DC分量切减器2302b获得的经DC切减的相位分量dθ中去除受检者的运动分量。
运动消除器2304输出从中去除了运动分量的振幅分量和从中去除了运动分量的相位分量，作为信号Cd。
Cd＝dA+dθ*k...等式13
其中，k是表示振幅分量A和相位分量θ之比的固定参数，并且由电子设备100的电路常数或电路的工作点来预定义。
图25是根据本公开实施例的运动消除器的结构的框图。
参照图25，运动消除器2304a根据经DC切减的振幅分量dA和经DC切减的相位分量dθ的平均值来计算等式13的固定参数k。运动消除器2304a计算作为在特定时间段内的经DC切减的振幅分量dA的平均值的ABS平均值(由附图标记2510a指示)，并且计算作为在特定时间段内的经DC切减的相位分量dθ的平均值的ABS平均值(由附图标记2510b指示)。接下来，运动消除器2304a根据下面的等式14(由附图标记2520指示)来计算固定参数k。
k＝dA_ave/dθ_ave...等式14
其中，dA_ave指示经DC切减的振幅分量dA在特定时间段的平均值，而dθ_ave指示经DC切减的相位分量dθ在特定时间段的平均值。
在图25的运动消除器2304a中，由于对最优固定参数k的动态计算，即使当电路的工作点根据情况而变化时，也可以基于动态计算的最优固定参数k来去除运动分量。
图26是根据本公开实施例的运动消除器的结构的框图。
参照图26，仅当检测到运动时，运动消除器2304b才从经DC切减的振幅分量dA和经DC切减的相位分量dθ中去除运动分量。例如，在附图标记2610中，当经DC切减的振幅分量dA的平均值dA_ave超过预定义阈值A_th时，运动消除器2304b根据等式13从经DC切减的振幅分量dA和经DC切减的相位分量dθ中去除运动分量。类似地，当经DC切减的相位分量dθ的平均值dθ_ave超过预定义阈值θ_th时，运动消除器2304b根据等式13从经DC切减的振幅分量dA和经DC切减的相位分量dθ中去除运动分量。在图26中，根据等式14来计算等式13中的k。然而，根据本公开另一实施例，k可以由电子设备100的电路常数或电路的工作点来预定义。
图27示出了根据本公开实施例的通过图26的运动消除器来去除运动分量的结果。
参照图27，曲线图2710示出了在去除运动分量之前由DC分量切减器2302a输出的经DC切减的振幅分量dA，并且曲线图2720示出了曲线图2710的垂直轴刻度放大30倍。曲线图2730示出了通过运动消除器2304b从中去除了运动分量的经DC切减的振幅分量dA。如图27的曲线图2710和2720所示，在没有运动的无运动间隔(直到约18秒为止)中观察到由受检者的脉搏波引起的波形，而在有运动的运动间隔中(在约18秒之后)由受检者的运动的引起的波形较大，且因此未观察到由受检者的脉搏波引起的波形。然而，如图27的曲线图2730所示，当通过运动消除器2304b去除运动分量时，即使在运动间隔中也可以以与非运动间隔相同的程度观察到由受检者的脉搏波引起的波形。参照图27，可以看出，运动消除器2304b已将运动分量从经DC切减的振幅分量dA中适当地去除了。
图28示出了根据本公开实施例的DC分量切减器。
参照图28，DC分量切减器2302a和2302b通过从输入信号A(i)中减去过去n个样本的输入信号A(i)的平均值来去除输入信号A(i)的DC分量。例如，DC分量切减器2302a和2302b根据下面的等式15来计算过去n个样本的输入信号A(i)的平均值，并且从输入信号A(i)中去除DC分量。DC分量切减器2302a和2302b输出经DC切减的信号dA(i)。
Figure BDA0003080994960000381
图29示出了根据本公开实施例的尚未从中去除DC分量的振幅分量A的波形以及已经从中去除DC分量的经DC切减的振幅分量dA的波形。
参照图29，纵轴指示振幅，且其横轴指示样本的数量。在图29的横轴上，一个样本对应于1/100秒。换言之，图29的横轴指示时间。图29示出了在0至60秒期间的振幅分量A和经DC切减的振幅分量dA的相应波形。
参考图29，如尚未从中去除DC分量的振幅分量A的波形2910所示，DC分量随时间变化。然而，即使在这种情况下，如从中去除了DC分量的经DC切减的振幅分量dA的波形2920所示，DC分量切减器2302a和2302b也可以从振幅分量A中适当地去除DC分量。
上面的等式15中的n的值需要是在比待检测信号的周期更长的间隔内的样本数。例如，当检测到脉搏时，n需要是大于一秒钟的样本数的样本数。例如，当采样频率为100Hz时，n需要等于或大于100。当n太大时，针对DC分量已改变的情况的动作较晚，且因此减小了可去除的DC分量。因此，n的值适当地为例如为约100至约200。
图30示出了根据本公开实施例的通过DC分量切减器去除DC分量的结果。
参照图30，示出了尚未从中去除DC分量的振幅分量A的曲线图3010，以及已从中去除了DC分量的经DC切减的振幅分量dA的曲线图3020。图30的纵轴指示振幅，且其横轴指示样本数。在图30的横轴上，一个样本对应于1/100秒。换言之，图30的横轴指示时间。图30示出了0至60秒的尚未从中去除DC分量的振幅分量A和经DC切减的振幅分量dA的相应波形。图30的曲线图3010中所示的振幅分量A不仅包括DC分量，而且还包括根据受检者的相对平缓的运动的DC分量的变化。
参照图30，在曲线图3020中，通过DC分量切减器2302a和2302b从振幅分量A中不仅去除了DC分量，而且还去除了根据受检者的相对平缓的运动的DC分量的变化。因此，根据本公开实施例，处理器140可以不包括运动消除器2304，并且可以通过使用DC分量切减器2302a和2302b从振幅分量A和相位分量θ中去除运动分量。
图5和图6的处理器140a和140b以及图23和图24的所有处理器140c和140d都包括检测滤波器534。检测滤波器534是使用包括期望的生物信号(例如，脉搏)在内的频率作为中心频率的BPF，并且在相位分量的情况下，去除噪声分量并且强调期望的频率(例如，脉搏的频率)。根据本公开实施例，可以通过优化检测滤波器534的频率特性来有效地去除运动分量。例如，通过优化检测滤波器534的频率特性，使得容易发生运动的低频分量(例如，约0.5Hz或更小的频率分量)被衰减，并且作为脉搏波的频率分量的约1Hz至约2Hz的频率分量被强调，可以强调期望的生物信号分量，并且还可以去除运动分量。
图5和图6的处理器140a和140b执行基于相位分量θ的脉搏检测，并且还可以执行基于振幅分量A的脉搏检测。振幅分量A和相位分量θ具有稍微不同的波形，但是基于振幅分量A的脉搏检测和基于相位分量的脉搏检测可以根据相同的方法来执行。
可以通过优化图5或图6的检测滤波器534的频率特性或施密特触发器610的阈值来执行基于振幅分量A的脉搏检测。
在根据本公开另一实施例的上述电子设备100中，可以获得与图5或图6的电子设备100或图4、图11、图14、图15、图16、图18或图21的电子设备100相同的效果，并且运动消除器2304可以从振幅分量和相位分量中去除受检者的运动分量。因此，根据实施例的电子设备100即使在受检者移动时也可以以高精度来检测弱的生物信号。
接下来，将参考图31至图44来描述本公开的另一实施例。
在电子设备100中，如图31和图38所示，处理器140e和140f具有与图5、图6、图23或图24的处理器140a、140b、140c或140d不同的结构。
参照图31和图38，处理器140e和140f分别包括耳机110的附接检测器3110a和耳机110的脱离检测器3110b。在电子设备100中，生物计量信息计算器112可以包括耳机110的附接检测器3110a或耳机110的脱离检测器3110b中的至少一个。根据实施例的电子设备100的其他组件可以与图5、图6、图23或图24的处理器140a、140b、140c或140d的组件相同，或者图31或图38的组件可以与处理器140a、140b、140c或140d的组件相结合。向与图5、图6、图23或图24的组件相对应的图31或图38的组件分配相似的附图标记或字符，并且将省略对其的详细描述。
图31是根据本公开实施例的处理器140e的框图。
除了图5、图6、图23、图24或图38的实施例的组件之外，图31的处理器140e还可以包括附接检测器3110a。附接检测器3110a包括第一差分值计算器3112和第一阈值处理器3114。
图38是根据本公开实施例的处理器140f的框图。
除了图5、图6、图23、图24或图31的实施例的组件之外，图38的处理器140f还可以包括脱离检测器3110b。
参照图38，脱离检测器3110b包括第二差分值计算器3812、第二阈值处理器3814、移动平均处理器3816、波高数字化器3818和第三阈值处理器3820。
图31和图38的处理器140e和140f的其他组件与图5、图6、图23或图24的处理器140a、140b、140c或140d的组件相同，且因此省略对其的说明。根据实施例的电子设备100通过使用图4、图11、图13、图15、图16、图18或图21的模拟电路1110、1310、1520、1610、1810或2110来检测受检者对耳机110的附接和脱离。通过BPF 414、ADC 416和正交解调器420根据模拟电路1110、1310、1520、1610、1810或2110输出的电压Δe来生成同相分量I和正交相位分量Q。向处理器140e和140f输入同相分量I和正交相位分量Q。在下面的描述中，由处理器140e和140f的振幅计算器512根据同相分量I来计算振幅分量A，并且由处理器140e和140f的相位计算器532根据正交相位分量Q来计算相位分量θ。
首先，将描述对耳机110附接到受检者的检测。
图32示出了根据本公开实施例的当受检者佩戴耳机时由处理器生成的振幅分量A随时间的变化。
图33示出了根据本公开实施例的当受检者佩戴耳机时由处理器生成的相位分量θ随时间的变化。图32的纵轴指示振幅，且其横轴指示时间(秒)。图33的纵轴指示相位，且其横轴指示时间(秒)。
参照图32和图33，振幅分量A和相位分量θ在约10秒时发生很大变化，且在这时受检者将耳机110附接到他或她的耳朵上。为了更加强调振幅分量A和相位分量θ的变化，第一差分值计算器3112对振幅分量A和相位分量θ执行时间差分。
第一差分值计算器3112将由振幅计算器512计算的振幅分量A和由相位计算器532计算的相位分量θ保持一定数量的帧。可以通过使用例如缓冲器、寄存器或电容器来执行该保持。例如，第一差分值计算器3112将振幅分量A和相位分量θ保持100帧。当以100Hz来获得每一帧时，100帧是与一秒相对应的量。
然后，第一差分值计算器3112计算所保持的100帧中的前一半50帧的平均值和所保持的100帧中的后一半50帧的平均值，并通过从后一半50帧的平均值中减去前一半50帧的平均值来计算差分值。
第一差分值计算器3112重复该处理以针对振幅分量A和相位分量θ执行时间差分。
保持的帧的数量是根据向处理器140e输入的同相分量I和正交相位分量Q的采样率来适当确定的，且例如可以是1帧或1000帧。
图34示出了根据本公开实施例的针对振幅分量A的时间差分的结果。
图35示出了根据本公开实施例的针对相位分量θ的时间差分的结果。
参照图34和图35，第一阈值处理器3114通过针对关于图34的振幅分量A的时间差分结果和关于图35的相位分量θ的时间差分结果执行阈值处理，来确定受检者是否已经将耳机附接到该受检者。在下文中，将经过时间差分的振幅分量A称为差分振幅值，且将经过时间差分的相位分量θ称为差分相位值。
现在将参照图36和图37来描述关于差分振幅值和差分相位值的阈值处理。
图36是示出了根据本公开实施例的针对差分振幅值的阈值处理的图。
图37是示出了根据本公开实施例的针对差分相位值的阈值处理的图。
参照图36，第一阈值处理器3114基于差分振幅值与上限阈值A和下限阈值B之间的比较来确定受检者是否已经将耳机110附接到其上。当差分振幅值超过上限阈值A，然后在特定时间段内低于下限阈值B时，第一阈值处理器3114设置标志。当差分振幅值超过上限阈值A，然后在特定时间段内不低于下限阈值B时，指示差分振幅值超过上限阈值A的信息被复位。该特定时间段可以是例如约0秒至约10秒。
类似地，参照图37，第一阈值处理器3114基于差分相位值与上限阈值C和下限阈值D之间的比较来确定受检者是否已经将耳机110附接到其上。当差分相位值低于下限阈值D，然后在特定时间段内超过上限阈值C时，第一阈值处理器3114设置标志。当差分相位值低于下限阈值D，然后在特定时间段内不超过上限阈值C时，指示差分相位值低于下限阈值D的信息被复位。该特定时间段可以是例如约0秒至约10秒。
当在差分振幅值和差分相位值两者处都设置了标志时，第一阈值处理器3114确定受检者已经将耳机110附接到其上。
当在差分振幅值和差分相位值中的一个处设置标志，然后在特定时间段内没有在另一个处设置标志时，指示标志被设置的信息被复位。该特定时间段可以是例如约0秒至约10秒。
当在差分振幅值和差分相位值中的一个处设置了标志时，第一阈值处理器3114可以确定受检者已经将耳机110附接到其上。当差分振幅值超过上限阈值A时，当差分振幅值低于下限阈值B时，当差分相位值低于下限阈值D时，或者当差分相位值超过上限阈值C时，第一阈值处理器3114可以确定受检者已经将耳机110附接到其上。在这种情况下，即使当电子设备100没有针对四个上下限阈值A、B、C和D中的所有阈值执行阈值处理时，电子设备100也可以检测耳机110被附接到受检者，且因此检测时间很短。
然后，将描述对耳机110从受检者的脱离的检测。
与对耳机110到受检者的附接的检测相反，根据不同的算法，关于振幅分量A和相位分量θ执行对耳机110从受检者的脱离的检测。
首先将描述基于振幅分量A的对耳机110从受检者的脱离的检测。
图39示出了根据本公开实施例的当受检者已经将耳机从他或她的外耳管中脱离下来时由处理器生成的振幅分量A随时间的变化。
参照图39，示出了振幅，并且其横轴指示时间(秒)。在图39中，振幅分量A在约42秒时发生很大变化。此时，受检者已经将耳机110从他或她的外耳管中分离或移除。为了更加强调振幅分量A的变化，第二差分值计算器3812对振幅分量A执行时间差分。时间差分已经在上面描述，且因此将省略对其的重复描述。
图40示出了根据本公开实施例的针对振幅分量A的时间差分的结果。
参照图39，振幅分量A的振幅开始减小。
参照图40，差分振幅值在约55秒处从正值变为负值。当图39的振幅分量A的振幅的减小持续特定时间段时，处理器140f可以确定已经从受检者移除耳机110。当差分振幅值连续低于阈值F达特定时间段时，第二阈值处理器3814确定已经从受检者移除耳机110。根据本公开实施例，在图40中，阈值F可以是0，并且特定时间段可以是例如0秒至约10秒。
接下来，将描述基于相位分量θ对耳机110与受检者的脱离的检测。
图41示出了根据本公开实施例的当受检者已经将耳机从他或她的外耳管中脱离下来时由处理器生成的相位分量θ随时间的变化。
参照图41，示出了相位，并且其横轴指示时间(秒)。
参照图41，虚线4120指示相位值，并且随着时间平缓上升。由于难以从如上所述平缓变化的相位分量θ中提取波形的波的高度(即，AC分量)，因此移动平均处理器3816对相位分量θ执行移动平均。图41的实线4110指示针对由虚线4120指示的相位值对5个点执行20次移动平均的结果。如图41的实线4110所示，通过针对相位分量θ执行移动平均，可以从相位分量θ中去除AC分量。因此，移动平均处理器3816通过从由虚线4120指示的相位值中减去由实线4110指示的值来计算差分值，从而从相位分量θ中提取AC分量。
图42示出了根据本公开实施例的当受检者佩戴耳机时相位分量θ的AC分量。
图43示出了根据本公开实施例的当受检者未佩戴耳机时相位分量θ的AC分量。
参照图42和图43，相位分量θ的波具有不同的高度。换言之，当受检者佩戴耳机110时图42的相位分量θ的AC分量包括源自脉搏的变化，而当受检者不佩戴耳机时图43的相位分量θ的AC分量不包括源自脉搏的变化。因此，为了将图42和图43的AC分量相互比较，波高数字化器3818对图42和图43的AC分量的波高进行数字化。
波高数字化器3818通过计算图42和图43的AC分量的波形的凸峰和凹部的高度之间的差分值，来对图42和图43的AC分量的波的高度进行数字化。波高数字化器3818可以计算在凸峰之前和之后的凹峰的高度的平均值与该凸峰的高度之间的差分值，或者可以计算在凸峰之前和之后的凹峰之一的高度与该凸峰的高度之间的差分值。
图44示出了根据本公开实施例的相位分量θ的AC分量的数字化波高。
参照图44，纵轴指示数字化的波高，且其横轴指示时间(秒)。在图44中，受检者在30秒至40秒之间佩戴耳机110，受检者在40秒至46秒之间移除耳机110，并且在46秒之后使耳机110从受检者脱离。
参照图44，当受检者佩戴耳机110时(30秒至40秒)和当受检者摘下耳机110时(46秒之后)，相位分量θ的AC分量的数字化波高明显不同。因此，当相位分量θ的AC分量的数字化波高低于阈值E时，第三阈值处理器3820确定耳机110已从受检者移除。
如上所述，与对耳机110到受检者的附接的检测相对地，根据不同的算法，关于振幅分量A和相位分量θ执行对耳机110从受检者的脱离的检测。因此，根据本公开另一实施例的处理器140f可以基于振幅分量A或相位分量θ来确定耳机110与受检者分离。当基于振幅分量A或相位分量θ两者都检测到耳机110与受检者的分离时，根据本公开另一实施例的处理器140f可以确定耳机110与受检者分离。
在采用上述处理器140e和140f的电子设备100中，可以获得与根据前述实施例的电子设备100的效果相同的效果，并且可以基于以下中的至少一项来检测耳机110到受检者的附接以及耳机110从受检者的脱离：由振幅计算器512根据同相分量I来计算的振幅分量A、或由相位计算器532根据正交相位分量Q计算的相位分量θ。因此，即使当耳机110中未嵌入接近传感器等时，也可以检测耳机110与受检者的附接或从受检者的脱离。因此，根据本公开另一实施例的电子设备100可以以低成本来执行耳机110到受检者的附接或从受检者的脱离，可以通过不包括特殊传感器来节省耳机110的内部空间，并且可以不增加功耗。例如，当电池被嵌入诸如无线耳机110之类的耳机110中时，耳机110到受检者的附接或从受检者的脱离是由接近传感器执行的，并且电池被打开/关闭。然而，根据实施例的电子设备100可以在不包括接近传感器的情况下打开/关闭电池。
本公开实施例不限于上述实施例，并且可以对其进行适当的修改而不脱离本公开的精神。例如，在图4、图11、图13、图15、图16、图18、图21、图23和图24的实施例中，使用了DAC 410、1120和1122以及ADC 416。然而，当将信号生成器130和正交解调器420形成为模拟电路时，可以省略DAC 410、1120和1122以及ADC 416。类似地，同样在图14的实施例中，当将信号生成器130形成为模拟电路时，可以省略DAC 410。
根据本公开实施例，示出了主要检测脉搏和体温作为生物计量信息的示例。然而，根据本公开实施例的由电子设备100检测的生物计量信息不限于脉搏和体温。
此外，根据本公开实施例，电子设备100可以是有线耳机类型的或无线耳机类型的电子设备。
图45是根据本公开实施例的控制电子设备的方法的流程图。
参照图45，可以通过包括耳机、第一电路和处理器在内的各种类型的电子设备来执行根据本公开的电子设备控制方法中包括的操作。现在将关注和描述其中由根据本公开实施例的电子设备100执行电子设备控制方法的实施例。因此，上述关于电子设备100的实施例适用于电子设备控制方法的实施例，且反之上述关于电子设备控制方法的实施例适用于电子设备100的实施例。根据所公开的实施例的电子设备控制方法由上述电子设备100执行，但是实施例不限于此。根据实施例的电子设备控制方法可以由各种类型的电子设备执行。
在操作S4502中，电子设备100向第一电路输出第一AC信号。电子设备100的处理器140可以控制信号生成器130向第一电路输出第一AC信号。
在操作S4504中，电子设备100从第一电路获得包括与第一阻抗元件相对应的电压分量在内的第一检测信号。处理器140可以从第一电路的输出端子获得第一检测信号。第一电路可以针对由模拟电路检测的电压来执行模数转换，并且向处理器140输出模数转换的结果。根据本公开实施例，第一检测信号可以包括同相分量信号I和正交相位分量信号Q。根据本公开另一实施例，第一检测信号可以包括振幅分量信号A和DC分量信号DC。
接下来，在操作S4506中，电子设备100基于第一检测信号来生成至少一条生物计量信息。该至少一条生物计量信息可以包括心率信息或体温信息中的至少一项或其组合。处理器140可以根据第一检测信号来获得振幅信息和相位信息，根据振幅信息来计算体温信息，并且根据相位信息来计算心率信息。
根据本公开实施例，处理器140可以在计算心率信息的操作中包括校正用户的运动的操作。处理器140可以计算已经从振幅信息中去除DC分量的差分值的平均值和已经从相位信息中去除DC分量的差分值的平均值，并且可以根据平均值来生成已经从中去除运动分量的信号Cd。校正运动的操作类似于图23和图24的实施例中的操作，且因此将省略对其的重复描述。
根据本公开实施例，处理器140可以包括根据第一检测信号来检测耳机的附接或脱离的操作。检测耳机的附接或脱离的操作与图31至图44的实施例中的操作类似，且因此将省略对其的重复描述。
接下来，在操作S4508中，电子设备100输出至少一条生物计量信息。电子设备100可以经由通信接口向外部装置输出至少一条生物计量信息，或者经由显示器来显示至少一条生物计量信息，或者经由耳机等将至少一条生物计量信息输出为声音。
图46是根据本公开实施例的电子设备的框图。
电子设备100可以以各种类型实现。
参照图46，示出了根据本公开实施例的电子设备4600。电子设备4600包括处理器4610、存储器4620、耳机4630、模拟电路单元4632、传感器单元4640、输入/输出接口4650和通信接口4660。电子设备100的耳机110可以对应于电子设备4600的耳机4630，电子设备100的第一电路120和信号生成器130可以对应于电子设备4600的模拟电路单元4632，并且电子设备100的处理器140可以对应于电子设备4600的处理器4610。
处理器4610可以包括至少一个处理器。处理器4610可以包括专用处理器，例如中央控制器4611、图像处理器4612和人工智能(AI)处理器4613。
存储器4620可以包括易失性存储介质、非易失性存储介质或其组合。存储器4620可以包括各种类型的存储器，例如主存储器、高速缓存存储器、寄存器和非易失性存储器。存储器4620可以被实现为各种类型的存储介质中的任何一种。例如，存储器4620可以包括选自以下各项中的至少一种类型的存储介质：闪存存储器类型、硬盘类型、多媒体卡微型存储器类型、卡型存储器(例如，安全数字(SD)或极限数字(XD)存储器)、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、可编程ROM(PROM)、磁性存储器、磁盘和光盘。
耳机4630将电信号变换成声波信号并输出该声波信号。耳机4630可以通过操作振动板将电信号变换为声波信号。
模拟电路单元4632生成、发送或处理模拟信号。模拟电路单元4632可以包括至少一个模拟器件，例如，诸如电阻器、电容器或电感器之类的模拟器件。模拟电路单元4632可以被实现为PCB、FPCB或专用集成电路(ASIC)。模拟电路单元4632可以生成、发送或处理数据信号、控制信号、功率信号等。
传感器单元4640可以包括各种类型的传感器。传感器单元4640可以包括例如照度传感器4641、加速度传感器4642、陀螺仪传感器4643、指纹传感器4644、压力传感器4645或生物传感器4646或其组合。可以向处理器4610输入由传感器单元4640检测到的信号，并且处理器4610可以基于由传感器单元4640输出的信号来执行诸如显示器亮度控制、相机亮度控制、运动检测、设备取向检测、指纹识别、生物信号检测和处理以及生物计量认证之类的处理。
输入/输出接口4650可以包括各种类型的输入/输出接口。输入/输出接口4650可以包括例如显示器4651、触摸屏4652、触摸板4653、音频输入/输出接口4654、HDMI 4655或USB 4656或其组合。通信接口4660可以包括各种类型的通信模块。输入/输出接口4650可以包括各种类型的输入/输出组件。处理器4610可以基于从输入/输出接口4650接收的信号来执行手势识别、语音识别等。
通信接口4660可以包括短距离无线通信接口4662、移动通信接口4664或广播接收器4666中的至少一个或其组合。短距离无线通信接口4662可以执行蓝牙、低功耗蓝牙(BLE)、近场通信、射频识别(RFID)、WLAN(Wi-Fi)、Zigbee、红外数据协会(IrDA)通信、Wi-Fi直连(WFD)、超宽带(UWB)、Ant+通信或其组合。电子设备4600可以经由通信接口4660与各种类型的外部装置进行通信。电子设备4600可以经由通信接口4660与例如服务器、另一移动设备、可穿戴设备、另一PC等通信，并且因此可以交换数据和控制信号。
所公开的实施例可以被实现为包括计算机可读存储介质中存储的指令在内的软件(S/W)程序。另外，所公开的实施例可以体现在存储计算机程序的计算机可读存储介质中。
计算机是能够从存储介质调用所存储的指令并且根据所调用的指令根据所公开的实施例进行操作的设备，并且计算机可以包括根据所公开的实施例的电子设备。
可以将计算机可读存储介质提供为非暂时性存储介质。这里，“非暂时性”是指存储介质不包括信号并且是有形的，但是不包括区分数据是半永久地还是临时地存储在存储介质中。
另外，可以在计算机程序产品中提供根据所公开的实施例的电子设备及其操作方法。计算机程序产品可以在卖方和买方之间作为产品进行交易。
计算机程序产品可以包括软件程序和其上存储有软件程序的计算机可读存储介质。例如，计算机程序产品可以包括通过电子设备的制造商或电子市场(例如，Google PlayStore、AppStore)以电子方式分发的软件程序(例如，可下载的应用)形式的产品。针对电子分发，软件程序的至少一部分可以存储在存储介质上，或者可以被临时创建。在这种情况下，存储介质可以是制造商的服务器、电子市场的服务器或用于暂时存储SW程序的中继服务器的存储介质。
计算机程序产品可以包括服务器的存储介质或包括由服务器和终端(例如，电子设备、便携式电子设备、可穿戴设备等)构成的系统中的终端的存储介质。备选地，当存在与服务器或终端通信的第三设备(例如，智能电话)时，计算机程序产品可以包括第三设备的存储介质。备选地，计算机程序产品可以包括从服务器向终端或第三设备发送的或者从第三设备向终端发送的S/W程序本身。
在这种情况下，服务器、终端和第三设备之一可以执行计算机程序产品以执行根据所公开的实施例的方法。备选地，服务器、终端和第三设备中的至少两个可以执行计算机程序产品以分发和执行根据所公开的实施例的方法。
例如，服务器(例如，云服务器或AI服务器)可以执行服务器上存储的计算机程序产品，以控制与服务器通信的终端执行根据所公开的实施例的方法。
作为另一示例，第三设备可以执行计算机程序产品以控制与第三设备通信的终端来执行根据所公开的实施例的方法。例如，第三设备可以控制电子设备来执行电子设备控制方法。
当第三设备执行计算机程序产品时，第三设备可以从服务器下载计算机程序产品，并且执行所下载的计算机程序产品。备选地，第三设备可以执行以预加载的状态提供的计算机程序产品，从而执行根据所公开的实施例的方法。
根据本公开实施例，提供了一种通过使用耳机来获得生物计量信息的设备和方法，使得用户能够获得生物计量信息而无需执行用于获得生物计量信息的特殊动作。
根据本公开实施例，提供了一种在通过耳机输出音频的同时通过使用耳机来获得生物计量信息的设备和方法。
尽管参考本公开的各种实施例示出并描述了本公开，然而本领域技术人员应理解，可以在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的前提下，进行形式和细节上的各种改变。应当仅在描述的意义下而非为了限制目的来考虑所公开的实施例。

Claims (15)

1.一种电子设备，包括：
包括第一阻抗元件在内的耳机；
信号生成器，被配置为输出第一交流AC信号；
第一电路，包括电耦合到所述第一阻抗元件的具有阻抗元件的至少一个第一模拟器件，并且被配置为接收所述第一AC信号并输出包括与所述第一阻抗元件相对应的电压分量在内的第一检测信号；以及
至少一个处理器，被配置为：
基于所述第一检测信号来生成至少一条生物计量信息，以及
输出所述至少一条生物计量信息。
2.根据权利要求1所述的电子设备，
其中，所述电子设备包括所述耳机被插入人类的外耳道的形状，以及
其中，所述第一阻抗元件的大小根据所述外耳道的压力的变化而变化。
3.根据权利要求1所述的电子设备，
其中，所述至少一条生物计量信息包括心律信息；并且
其中，所述至少一个处理器基于所述第一检测信号的相位分量来生成所述心率信息。
4.根据权利要求1所述的电子设备，
其中，所述至少一条生物计量信息包括体温信息，并且
其中，所述至少一个处理器基于所述第一检测信号的振幅分量来生成所述体温信息。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述第一AC信号包括在超声波范围内的频率。
6.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述第一电路被配置为：
根据所述第一AC信号和连接到所述第一模拟器件的节点的中间检测信号来生成包括同相分量的同相信号和正交相位分量的正交信号在内的所述第一检测信号，以及
向所述至少一个处理器输出所述第一检测信号。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述第一电路包括按电桥电路结构与所述第一阻抗元件连接的第二阻抗器件、第三阻抗器件和第四阻抗器件，并且所述第一电路被配置为：
经由所述电桥电路结构的第一节点或第二节点中的至少一个或其组合来接收所述第一AC信号，
根据所述电桥电路结构的第三节点的中间检测信号来生成同相分量的同相信号和正交相位分量的正交信号，以及
向所述至少一个处理器输出所述同相信号和所述正交信号。
8.根据权利要求7所述的电子设备，
其中，所述第一节点接收所述第一AC信号，
其中，所述第二节点接收通过将所述第一AC信号的相位延迟180°而获得的信号，
其中，所述第一阻抗元件连接在第四节点与所述第一节点之间，以及
其中，所述第四节点连接到地电位。
9.根据权利要求7所述的电子设备，
其中，所述第一节点接收所述第一AC信号，
其中，所述第二节点连接到地电位，
其中，所述第一阻抗元件连接在所述第二节点与所述第四节点之间，并且
其中，所述第一电路被配置为对所述第四节点的信号和所述第三节点的信号进行差分放大以生成所述第一检测信号。
10.根据权利要求7所述的电子设备，
其中，所述第一阻抗元件连接在所述第二节点与第四节点之间，
其中，所述第二阻抗器件连接在所述第一节点与所述第四节点之间，所述第三阻抗器件连接在所述第一节点与所述第三节点之间，并且所述第四阻抗器件连接在所述第二节点与所述第三节点之间，
其中，所述耳机包括第一电阻分量和第一电感分量，
其中，所述第二阻抗器件包括第二电阻器，所述第三阻抗器件包括第三电阻器和并联连接到所述第三电阻器的第三电容器，并且所述第四阻抗器件包括第四电阻器，
其中，所述第一电阻分量和所述第四电阻器的电阻分量具有相同的大小，
其中，所述第二电阻器和所述第三电阻器包括大小相同的电阻分量，并且
其中，所述第三电容器包括大小为{第一电感分量/(第三电阻器的电阻分量*第四电阻器的电阻分量)}的电容器分量。
11.根据权利要求7所述的电子设备，
其中，所述第一阻抗元件连接在所述第二节点与第四节点之间，
其中，所述第二阻抗器件连接在所述第一节点与所述第四节点之间，所述第三阻抗器件连接在所述第一节点与所述第三节点之间，并且所述第四阻抗器件连接在所述第二节点与所述第三节点之间，
其中，所述第一阻抗元件包括在所述第二节点与所述第四节点之间彼此串联连接的第一第一电阻分量和第一电感分量，以及包括在所述第二节点与所述第四节点之间并联连接到所述第一第一电阻分量和所述第一电感分量的第二第一电阻分量，
其中，所述第二阻抗器件包括第二电阻器，
其中，所述第三阻抗器件包括在所述第一节点与所述第三节点之间彼此并联连接的第三电阻器和第三电容器，
其中，所述第四阻抗器件包括在所述第二节点与所述第三节点之间彼此并联连接的第一第四电阻器、第二第四电阻器和第四电容器。
12.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述第一电路被配置为：
接收与经由所述耳机输出的音频信号相对应的电音频信号；
通过使用高通滤波器来处理所述电音频信号，以及
对所述第一电路的至少一个节点应用所述处理的结果。
13.根据权利要求1所述的电子设备，
其中，所述第一电路被配置为根据所述第一AC信号和连接到所述第一模拟器件的节点的中间检测信号来生成包括同相分量的同相信号和正交相位分量的正交信号在内的所述第一检测信号，以及
其中，所述至少一个处理器被配置为：
根据所述同相信号和所述正交信号来生成振幅分量的振幅信号和相位分量的相位信号，以及
通过使用所述振幅信号和所述相位信号来去除所述电子设备的运动分量。
14.根据权利要求1所述的电子设备，
其中，所述第一电路被配置为根据所述第一AC信号和连接到所述第一模拟器件的节点的中间检测信号来生成包括同相分量的同相信号和正交相位分量的正交信号在内的所述第一检测信号，以及
其中，所述至少一个处理器被配置为：
根据所述同相信号和所述正交信号来生成振幅分量的振幅信号和相位分量的相位信号，以及
基于所述振幅信号或所述相位信号中的至少一个的变化来检测所述电子设备的附接或脱离。
15.一种控制电子设备的方法，所述电子设备包括：耳机，包括第一阻抗元件；以及第一电路，包括至少一个第一模拟器件，所述第一模拟器件包括阻抗元件并且电耦合到所述第一阻抗元件，所述方法包括：
控制第一AC信号以将其向所述第一电路输出；
从所述第一电路获得包括与所述第一阻抗元件相对应的电压分量在内的第一检测信号；
基于所述第一检测信号来生成至少一条生物计量信息；以及
输出所述至少一条生物计量信息。
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