CN114366043A - Ppg传感器、ppg测试方法、电子设备和可穿戴设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种PPG传感器、PPG测试方法、电子设备和可穿戴设备。PPG传感器包括第一发光单元、第二发光单元、多个光电传感器和控制模块，其中，第一发光单元与M个并联的光电传感器构成第一测量通道，并基于M个光电传感器获取第一光电流信号，第二发光单元与N个并联的光电传感器构成第二测量通道，并基于N个光电传感器获取第二光电流信号，控制模块可根据接收的第一光电流信号或第二光电流信号确定目标测量通道，并控制目标测量通道检测待检测对象的生物特征，其中，各测量通道均包括多各并联设置的光电传感器，可以降低PPG传感器的功耗，PPG传感器可根据当前采集到的第一光电流信号或第二光电流信号来确定目标测量通道，以适用于不同的测试场景。
Description
技术领域
本申请涉及可穿戴设备，特别是涉及一种PPG传感器、电子设备和可穿戴设备。
背景技术
可穿戴设备可通过设置PPG(光电容积脉搏波标记法，Photo Plethysmo Graphy)传感器，并基于PPG技术来测量心率、血氧饱和度等生理参数信息。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和反射式检测技术，其中，应用在可穿戴设备上的PPG传感器一般采用反射式检测技术在手腕处测量生理参数信息。目前的PPG传感器，存在功耗高的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种PPG传感器、电子设备和可穿戴设备，可以降低PPG传感器的功耗，提高了PPG传感器的续航能力。
本申请实施例还提供一种PPG传感器，PPG传感器包括：
第一发光单元，用于发射第一光信号；
第二发光单元，至少用于发射所述第一光信号；
多个光电传感器，第一发光单元与M个并联的所述光电传感器构成第一测量通道,并基于M个所述光电传感器获取第一光电流信号，所述第二发光单元与N个并联的所述光电传感器构成第二测量通道,并基于N个所述光电传感器获取第二光电流信号，其中，N大于M且小于或等于所述光电传感器的总数量，M、N均为大于1的自然数；
控制模块，分别与所述第一发光单元、第二发光单元和多个光电传感器连接，用于根据接收的所述第一光电流信号或第二光电流信号确定目标测量通道，并控制所述目标测量通道检测待检测对象的生物特征。
上述PPG传感器包括第一发光单元、第一发光单元、多个光电传感器125和控制模块，可以基于M个并联的光电传感器和第一发光单元构建第一测试通道，并基于N个并联的光电传感器和第二发光单元构建第二测试通道，使得每个测量通道均包括多各并联设置的光电传感器，可以降低PPG传感器的功耗，同时，PPG传感器可根据当前采集到的第一光电流信号或第二光电流信号来确定目标测量通道，以适用于不同的测试场景。
本申请实施例还提供一种PPG测试方法，所述方法包括：
驱动第一发光单元发射第一光信号，并控制第一测量通道中M个光电传感器并联连接以获取第一光电流信号，或，驱动第二发光单元发射所述第一光信号，并控制第二测量通道中的N个光电传感器并联连接以获取第二光电流信号；其中，N大于M，且M、N均为大于1的自然数；
根据所述第一光电流信号或第二光电流信号从所述第一测量通道和第二测量通道中确定目标测量通道；
驱动所述目标测量通道检测待检测对象的生物特征。
上述PPG测试方法，可以基于第一测量通道或第二测量通道获取的PPG信号来确定目标测量通道，进而可控制目标测量通道来检测待检测对象的生物特征。由于每个测量通道中的各光电传感器是相互并联设置的，可以降低PPG传感器的功耗，同时，各个测量通道中并联的光电传感器的数量不同，其对应的功耗等级也就不同，PPG传感器可根据当前采集到的第一光电流信号或第二光电流信号来确定目标测量通道，以适用于不同的测试场景。
本申请实施例还提供一种电子设备，电子设备包括：
壳体，开设有检测窗口；
如上述的PPG传感器，所述PPG传感器外漏于所述检测窗口。
本申请实施例还提供一种可穿戴设备，可穿戴设备包括：
绑带组件；
如上述的电子设备，所述绑带组件用于将所述电子设备佩戴在用户的佩戴位置。
上述电子设备和可穿戴设备均包括前述PPG传感器，其该PPG传感器的每个测量通道均包括多各并联设置的光电传感器，可以降低PPG传感器的功耗，同时，PPG传感器可根据当前采集到的第一光电流信号或第二光电流信号来确定目标测量通道，以适用于不同的测试场景。
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为一个实施例中可穿戴设备的立体结构示意图；
图2为一个实施例中可穿戴设备的平面结构视图；
图3a为一个实施例中PPG透射式检测技术的原理图；
图3b为一个实施例中PPG反射式检测技术的原理图；
图4为一个实施例中PPG传感器的框架结构示意图之一；
图5为一个实施例中PPG传感器的框架结构示意图之二；
图6为一个实施例中PPG传感器的框架结构示意图之三；
图7为一个实施例中PPG传感器的框架结构示意图之四；
图8为一个实施例中PPG传感器的框架结构示意图之五；
图9为一个实施例中PPG传感器的框架结构示意图之六；
图10为一个实施例中PPG传感器的框架结构示意图之七；
图11为一个实施例中PPG传感器的框架结构示意图之八；
图12为一个实施例中PPG传感器的框架结构示意图之九；
图13为一个实施例中PPG测试方法的流程示意图；
图14为另一个实施例中PPG测试方法的流程示意图。
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，可以将第一发光单元称为第二发光单元，且类似地，可将第二发光单元称为第一发光单元。第一发光单元和第二发光单元两者都是发光组件，但其不是同一发光组件。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，在其中一个实施例中，可穿戴设备10包括电子设备100和绑带组件200，电子设备100安装于绑带组件200且能够通过绑带组件200佩戴至用户的手腕，也即，该绑带组件200能够将电子设备100佩戴在用户的佩戴位置，例如，手腕、脚腕、头部等佩戴位置。如图2所示，电子设备100包括壳体110及设于壳体110内的电路板、电池等电子元器件，壳体110设有安装空腔，电路板、电池等电子元器件设于安装空腔内。壳体110可以由塑胶、橡胶、硅胶、木材、陶瓷或玻璃等非金属材质制成，壳体110也可以由不锈钢、铝合金或镁合金等金属材质制成。壳体110还可以为金属注塑件，即利用金属材质保证壳体110的结构刚性，金属体的内表面则通过注塑形成凸起、凹槽、螺纹孔等用于装配定位的结构。
该壳体110开设有检测窗口111，该检测窗口111用于透光，以传输内置在壳体110内的PPG传感器120等电子元器件发射和反射的光信号，以实现对人体心率、血氧饱和度等生命体征信号进行检测。其中，PPG检测技术从PPG传感器120布局开看主要分为两种：一种是透射式检测技术，如图3a所示，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，如图3b所示，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传感器120结合到可穿戴设备10上，用户可以随时随地方便地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。
在其中一个实施例中，该壳体110内还设置有不透光挡墙112和透明开窗113，其中，不透光挡墙112与检测窗口111的大小相匹配，可以用于防止PPG传感器120的发光组件与光电传感器之间发生串光。透明开窗113覆盖在检测窗口111上，以防水、防尘并增加PPG传感器120的透光率。
在其中一个实施例中，可穿戴设备10为智能手表或手环。安装空腔设有电池、电路板、显示屏模组、PPG传感器120等电子元器件，电路板可以集成可穿戴设备10的处理器、存储单元、通信模块等电子元器件，电池可以为电路板、显示屏模组及其他电子元器件供电。
壳体110大致呈矩形框状，矩形的四个角可以经过倒角工艺处理成圆弧过渡，以使可穿戴设备10具有较好的外观特性。在其中一个实施例中，壳体110也可以呈圆形框状。壳体110的侧面可以设有用于安装绑带组件200的配合结构，绑带组件200能够通过壳体110的配合结构与壳体110形成可靠的连接，以将电子设备100可靠地佩戴至用户的手部。在其中一个实施例中，绑带组件200还能够比较便捷地从壳体110拆离，以使用户能够方便地更换绑带组件200。例如，用户可以购买多种款式的绑带组件200，并根据使用场景更换绑带组件200，以提升使用的便利性。例如，在正式场合时用户可以使用较为正式的绑带组件200，在休闲娱乐的场合则使用休闲款式的绑带组件200。
如图4所示，在其中一个实施例中，PPG传感器包括第一发光单元121、第二发光单元123、多个光电传感器125和控制模块127。其中，第一发光单元121和第二发光单元123可以用于接收驱动信号以发射第一光信号。其中，该第一光信号可包括用于测试血氧饱和度的红光和/或红外光。第一发光单元121和第二发光单元123可包括一个或多个发光二极管(LED)。具体的，该发光二极管可以为红光LED、红外光LED、绿光LED。示例性的，第一发光单元121和第二发光单元123均可以包括红光或红外光LED的LED组件，红光和红外光二合一的LED组件，绿光、红光和红外光三合一的LED组件中的任一种。
在其中一个实施例中，第二发光单元123还可以用于发射第二光信号。该第二光信号可包括用于测试心率信息的绿光。第二发光单元123可包括一个或多个发光二极管。具体的，该发光二极管至少包括绿光LED。示例性的，第二发光单元123均可以包括绿光和红外光二合一的LED组件，绿光和外光二合一的LED组件，以及绿光、红光和红外光三合一的LED组件中的任一种。
多个光电传感器125中的每个光电传感器125可工作于零偏置状态，也即，各光电传感器125可均为光伏模式的光电二极管PD，可用于将接收到光信号转换为光电流信号。其中，多个光电传感器125可划分为多个光电传感组，每个光电传感组内的多个光电传感器125并联，且每个光电传感组可分别与第一发光单元121、第二发光单元123构成一测量通道，进而可检测待检测对象的生物特征。具体的，第一发光单元121与第一光电传感组构成第一测量通道，并基于该第一测量通道的第一光电传感器组获取第一光电流信号，其中，第一光电传感组可包括M个并联的光电传感器125。第二发光单元123与第二光电传感器组构成第二测量通道，并基于该第二测量通道的第二光电传感器组以获取第二光电流信号；其中，第二光电传感器组可包括N个并联的光电传感器125，其中，M小于N且均为大于1的自然数。其中，第一光电传感组的各光电传感器125和第二光电传感组内的各光电传感器125可以重合互用。需要说明的是，PPG传感器包括的光电传感器125的总数量大于或等于M。
控制模块127，分别与第一发光单元121、第二发光单元123和多个光电传感器125连接。控制模块127可以控制第一测量通道或第二测量通道获取对应的PPG信号。具体的，当控制模块127驱动第一发光单元121发射第一光信号时，可以基于构建的第一测试通道中的第一光电传感器组采集的第一光电流信号获取第一PPG信号。或者，当控制模块127驱动第二发光单元123发射第二光信号时，可以基于构建的第二测试通道中的第二光电传感器组采集的第二光电流信号获取第二PPG信号。
进一步的，该控制模块127可根据任一测量通道获取的PPG信号从第一测量通道和第二测量通道中确定目标测量通道，进而可控制该目标测量通道来获取待检测对象的生物特征，例如，血氧饱和度等。示例性的，若当前控制第一测量通道工作，也即第一发光单元121发射第一光信号，并同时控制第一光电传感组中的M个光电传感器125并联以采集第一光电流信号时，可根据第一测量通道获取的第一PPG信号来确定目标测量通道为第一测量通道或第二测量通道。若该目标测量通道为第一测量通道时，则继续保持第一测量通道处于工作状态，若该目标测量通道为第二测量通道，则控制第二测量通道处理工作状态，也即，控制第二发光单元123发射第一光信号，并同时控制第二光电传感组中的N个光电传感器125并联以采集第二光电流信号，进而控制模块127可以根据第二光电流信号获取第二PPG信号以检测待检测对象的血氧饱和度。
上述PPG传感器包括第一发光单元121、第一发光单元123、多个光电传感器125和控制模块127，可以基于M个并联的光电传感器125和第一发光单元121构建第一测试通道，并基于N个并联的光电传感器125和第二发光单元123构建第二测试通道，使得每个测量通道均包括多各并联设置的光电传感器125，可以降低PPG传感器的功耗，同时，各个测量通道中并联的光电传感器125的数量不同，其对应的功耗等级也就不同，PPG传感器可根据当前采集到的第一光电流信号或第二光电流信号来确定目标测量通道，以适用于不同的测试场景。其中，各测量通道中并联的光电传感器125的数量越多，在采集到同等的光电流信号的情况下，其用于驱动第一发光单元121或第二发光单元123的驱动电压或驱动电流也就越小，对应的PPG传感器的功耗也就越低。例如，当第一光电流信号或第二光电流信号对应的PPG信号较弱时，可使用功耗等级高的第一测量通道来检测生物特征；当第一光电流信号或第二光电流信号对应的PPG信号较强时，可使用功耗等级低的第二测量通道来检测生物特征，既保证了测量的准确，又兼顾了功耗。
在其中一个实施例中，第一发光单元121与第一测量通道中的各光电传感器125之间的第一距离均相等。第二发光单元123与第二测量通道中的各光电传感器125之间的第二距离均相等，且第一距离大于第二距离。其中，第一发光单元121距离任一光电传感器125的距离可以理解为第一发光单元121的中心位置距离任一光电传感器125的中心位置的距离。第二发光单元123距离任一光电传感器125的距离可以理解为第二发光单元123的中心位置距离任一光电传感器125的中心位置的距离。其中，中心位置可以理解为各器件的几何中心。
如图5所示，具体的，若多个光电传感器125的数量为J个时，其各光电传感器125可分别记为PD1、PD2、PD3、…、PDj。从J个光电传感器125中选择距离第一发光单元121均相等的M个光电传感器125作为第一光电传感组，同时，这M个光电传感器125在控制模块127的控制下处于并联状态，其中，M小于J。第一光电传感组内的各光电传感器125与第一发光单元121的之间的距离可记为第一距离pi。示例性的，若第一光电传感组内的各光电传感器125包括PD1和PD3，则对应的第一距离p1＝p3。从J个光电传感器125中选择距离第二发光单元123均相等的N个光电传感器125作为第二光电传感组，同时，这N个光电传感器125在控制模块127的控制下处于并联状态，其中，M小于J且M＜N≤J。第二光电传感组内的各光电传感器125与第二发光单元123的之间的距离可记为第二距离qi。示例性的，若第二光电传感组内的各光电传感器125包括PD1、PD2、PD3和PD4，则对应的第一距离q1＝q2＝q3＝q4。具体的，第一距离大于第二距离，也即，pi＞qi。由于第一测量通道中的第一距离大于第二测量通道中的第二距离，相比于第二测量通道，采用第一测量通道(长距离)能够获取更优的PPG信号，进而可以更为精准的检测待检测对象的血氧饱和度信息，但是第一测量通道中各光电传感器125的数量小于第二测量通道中各光电传感器125的数量，相比于第一测量通道，第二测量通道的功耗更低。
通过设置具有不同功耗等级的两个测量通道来检测血氧饱和度信息，可以根据用户当前的使用场景来智能化选择与该场景相匹配的目标测量通道来检测用户的血氧饱和度信息，可以提高PPG传感器的灵活性，同时还可以实现功耗和性能的最优。例如，可以在低温等恶劣环境下(环境温度越低，人体PPG信号越弱)，用户需要进行血氧饱和度检测时，PPG传感器可采用功耗较高，测试精度高的第一测量通道进行血氧单次检测，以精准获取待检测对象的血氧饱和度。另外，可以在睡眠血氧连续测量的环境下(人体PPG信号越强)，PPG传感器可采用功耗低的第二测量通道进行血氧连续测量，以精准获取待检测对象的血氧饱和度，既保证了测量的准确，又兼顾了功耗。
如图6所示，在其中一个实施例中，多个光电传感器125间隔排列于同一弧线；其中，第一发光单元121和第二发光单元123均分布在弧线的同一侧。示例性的，多个光电传感器125可包括PD1、PD2、PD3、PD4，PD1、PD2、PD3、PD4依次间隔排列于同一弧线，第一发光单元121和第二发光单元123可分布于该弧线的同一侧。该弧线可以理解为圆弧线，第二发光单元123可位于该圆弧线的圆心位置。
如图7所示，在其中一个实施例中，多个光电传感器125间隔排列于同一弧线；其中，第一发光单元121和第二发光单元123分别分布于在弧线的两侧。示例性的，多个光电传感器125可包括PD1、PD2、PD3、PD4，PD1、PD2、PD3、PD4依次间隔排列于同一弧线，该弧线可以理解为圆弧线，第二发光单元123可位于该圆弧线的圆心位置，第一发光单元121可设置在背离该圆心的一侧。
如图6和图7所示的PPG传感器，第一发光单元121与第二发光单元123位于同一直线上，该直线可以理解为PD2、PD3的垂直平分线。第一发光单元121距离PD2、PD3的距离均相等，该PD2、PD3可构成第一光电传感组，或，第一发光单元121距离PD1、PD4的距离均相等，该PD1、PD4可构成第一光电传感组；第二发光单元123距离PD1、PD2、PD3、PD4的距离均相等，PD1、PD2、PD3、PD4可构成第二光电传感组。
需要说明的是，多个光电传感器125可等间距或非等间距的间隔排列于同一弧线。多个光电传感器125的中心连线可以位于同一弧线，但可以允许一定的工程误差存在。
如图8所示，在其中一个实施例中，多个光电传感器125呈阵列排布，该阵列可以矩形阵列也可以为环形阵列。其中，第二发光单元123位于阵列的中间位置，第一发光单元121分布在阵列所在区域S的外侧。示例性的，多个光电传感器125包括可包括四个光电传感器125，可分别记为PD1、PD2、PD3、PD4，其中，PD1、PD2、PD3、PD4呈环形阵列排布，且第一发光单元121位于阵列所在区域S的外侧，第二发光单元123位于阵列的中间位置。也即，第二发光单元123距离各PD1、PD2、PD3、PD4的第一距离均相等。其第一发光单元121距离PD2、PD4的第二距离均相等。
如图9所示，在其中一个实施例中，第一发光单元121和多个光电传感器125呈阵列排布；其中，第二发光单元123位于阵列的中间位置。也即，第一发光单元121、各光电传感器125均作为该阵列的一部分。其中，该第一发光单元121和各光电传感器125的相对位置不做进一步的限定。多个光电传感器125包括可包括四个光电传感器125，可分别记为PD1、PD2、PD3、PD4，其中，PD1、PD2、PD3、PD4和第一发光单元121呈环形阵列排布，其中，第二发光单元123位于该环形阵列的中间位置，第二发光单元123距离各PD1、PD2、PD3、PD4的距离均相等，第一发光单元121距离各PD2、PD4的距离均相等。
可选的，如图10所示，多个光电传感器125呈阵列排布，该阵列可以矩形阵列也可以为环形阵列。可选的，如图11所示，第一发光单元121和多个光电传感器125呈阵列排布，该阵列可以矩形阵列也可以为环形阵列。
具体的，第二发光单元123距离各PD1、PD2、PD3、PD4的距离范围在4mm～5mm之间，第一发光单元121距离PD1、PD3的距离在7mm～9mm之间。
基于如图5-11所示的PPG传感器，当检测待检测对象的生物特征时，其控制模块127可分别控制第一光电传感器125组的各光电传感器125并联，以与第一发光单元121构成第一测量通道，还可以在另一场景控制第二光电传感组的各光电传感器125并联，以与第二发光单元123构成第二测量通道，并可基于第一测量通道或第二测量通道采集的PPG信号来检测待检测对象的生物特征。基于构建的第一测量通道和第二测量通道，可以适用于不同的应用场景，提高了该PPG传感器的适用范围，另外，每个测量通道中各PPG传感器均并联设置，与测量通道中独立设置的光电传感器125相比，在基于获取同等程度的光电流信息的情况下，可以降低第一发光单元121或第二发光单元123的发光亮度，进而可以降低用于驱动第一发光单元121或第二发光单元123驱动电流或驱动电压，以降低该PPG传感器的功耗，以提高PPG传感器的续航时间和使用寿命。
如图12所示，在其中一个实施例中，控制模块127包括驱动电路1271、开关电路1272、信号处理电路1273和处理单元1274。其中，驱动电路1271分别与第一发光单元121、第二发光单元123连接，用于驱动第一发光单元121、第二发光单元123发射第一光信号。第一光信号可包括用于测试血氧饱和度的红光和/或红外光。可选的，该驱动电路1271还可以驱动第二发光单元123发射第二光信号。其中，第二光信号可包括用于测试心率信息的绿光。驱动电路1271可根据检测需求分时驱动各发光单元发射第一光信号或第二光信号。
开关电路1272可分别与各光电传感器125、信号处理电路1273连接，用于在信号处理电路1273的控制下，选择导通各光电传感器125所在的测试通道。
当需要检测待检测对象的血氧饱和度信息时，驱动电路1271可驱动第一发光单元121发射第一光信号，该信号处理电路1273可控制开关电路1272选择导通第一测量通道中的M个光电二极管的所在的测试通道，以使M个光电二极管并联，并基于第一测量通道采集的光电流信号生成第一PPG信号。另外，驱动电路1271可驱动第二发光单元123发射第一光信号，该信号处理电路1273可控制开关电路1272选择导通第二测量通道中的N个光电二极管的所在的测试通道，以使N个光电二极管并联，并基于第二测量通道采集的光电流信号生成第二PPG信号。
在其中一个实施例中，该开关电路1272中可包括多个开关K，每两个开关K可对应控制一个光电传感器125所在的测量通道。具体的，其中一个开关设置在光电传感器125的阳极与信号处理电路1273之间，另一个开关K设置在光电传感器125的阴极与信号处理电路1273之间。示例性的，当光电传感器125的数量为四个时，可对应设置八个开关K来控制各光电传感器125所在测量通道的通断。
需要说明的是，在本申请实施例中，对开关电路1272的具体组成形式不做进一步的限定，不限于上述举例说明。
处理单元1274与信号处理电路1273连接，用于根据第一PPG信号或第二PPG信号确定目标测量通道。具体的，处理单元1274可根据获取的第一光电流信号或第二光电流信号来获取灌注指数(perfusion index，PI)，并可根据该灌注指数来确定目标测量通道。其中，灌注指数PI值反映了脉动血流情况，即反映了血流灌注能力。脉动的血流越大，脉动分量就越多，PI值就越大。在监测部位，搏动性组织(变化着的小动脉血流量)和非搏动性组织(静脉血、肌肉和其他组织)都吸收光，前者吸收的光量称搏动性信号(AC)，后者吸收的光量称非搏动性信号(DC)。PI为AC占DC的百分比(PI＝AC/DC×100％)。当光照透过皮肤组织然后再反射到光电传感器125时光照有一定的衰减的，像肌肉、骨骼、静脉和其他连接组织等对光的吸收是基本不变的，但是血液不同，由于动脉里有血液的流动，那么对光的吸收自然也有所变化。当光电传感器125时把光信号转换成电信号时，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PPG信号就可以分为直流DC信号(对应于非搏动性信号)和交流AC信号(对应于光量称搏动性信号)，因此，基于该光电流信号可以对应获取灌注指数。
处理单元1274可根据获取的灌注指数就可以从第一测量通道和第二测量通道中确定目标测量通道，进而可控制目标测量通道来检测待检测对象的血氧饱和度信息。当灌注指数低于预设阈值时，将第一测量通道作为目标测量通道；当灌注指数高于或等于预设阈值时，将第二测量通道作为目标测量通道。其中，该灌注指数的大小与该PPG信号的强弱成正比，示例性的，该灌注指数越大，PPG信号越强。当PPG信号越强，可选择功耗低的第二测量通道作为目标测量通道，既保证了测量的准确，又兼顾了功耗；当PPG信号越弱，可选择功耗高的第一测量通道作为目标测量通道，以获取质量更优的PPG信号，以提高测量的精准度。
处理单元1274确定该目标测量通道后，可以驱动目标测量通道中的第一发光单元121或第二发光单元123发射第一光信号，并向信号处理电路1273发送目标驱动信号以控制目标测量通道中的各光电传感器125并联，以采集光电流信号，以获取对应的PPG信号，进而检测待检测对象的血氧饱和度信息。
在其中一个实施例中，当需要检测待检测对象的心率信息时，驱动电路1271可驱动第二发光单元123发射第二光信号，该信号处理电路1273可控制开关电路1272分时导通各个光电传感器的所在的测试通道，以分别与第二发光单元123构成第三测量通道。也即，一个独立的光电传感器可于第二发光单元123构成一个独立的第三测量通道，以用于测试待检测对象的心率信息。
示例性的，以第一发光单元121为红光和红外光二合一的LED组件，第二发光单元123为红光、红外光和绿光三合一的LED组件，多个光电传感器125包括PD1、PD2、PD3、PD4为例进行说明。基于第一发光单元121、第二发光单元123、PD1、PD2、PD3和PD4，可以构成第一测量通道、第二测量通道和多个第三测量通道(心率测量通道)。其中，第一测量通道中的各光电传感器125包括PD1和PD3，且PD1和PD3分别与第一发光单元121的距离相等；第二测量通道中的各光电传感器125包括PD1、PD2、PD3、PD4，且PD1、PD2、PD3、PD4分别与第二发光单元123的距离相等。各测量通道具体如下：
第一测量通道：PD1和PD3并联后，与第一发光单元121组合；
第二测量通道：PD1、PD2、PD3、PD4并联后，与第二发光单元123组合；
心率测量通道1：第二发光单元123与PD1组合；
心率测量通道2：第二发光单元123与PD2组合；
心率测量通道3：第二发光单元123与PD3组合；
心率测量通道4：第二发光单元123与PD4组合。
通过设置第一发光单元121、第二发光单元123和四个光电传感器125的布局方式，可以形成用于测量血氧饱和度的第一测量通道和第二测量通道，也可以形成用于测量心率信息的多个第三测量通道。其中，该PPG传感器可根据不同的场景选用不同的血氧测量通道进行测量，实现功耗和性能的最优化。例如，可以在低温等恶劣环境下(环境温度越低，人体PPG信号越弱)，用户需要进行血氧饱和度检测时，处理单元1274可控制第一发光单元121发射第一光信号，并控制PD1、PD2、PD3、PD4并联，以采集第一光电流信号，进而获取待检测对象的血氧饱和度，也即，可以采用长距离的第一测量通道进行血氧单次测量，既保证了测量的准确，又兼顾了功耗。另外，可以在睡眠血氧连续测量的环境下(人体PPG信号越强)，处理单元1274可控制第一发光单元121发射第一光信号，并控制PD1、PD3并联，以采集第二光电流信号，也即可采用功耗低的第二测量通道进行血氧连续测量，以精准获取待检测对象的血氧饱和度，既保证了测量的准确，又兼顾了功耗。
当需要测量待检测对象的心率信息时，该驱动电路1271可驱动各心率测量通道中的第二发光单元123发射第二光信号，并控制PD1、PD2、PD3、PD4分时单独采集第二发光单元123的光信号，并对应将第二光信号转换为第三光电流信号，处理单元1274号可根据每个第三测量通道获取的PPG信号，可对应获取多个心率测试结果，进而获取待检测对象的心率信息。具体的，该处理单元1274可获取多个心率测试结果的平均值，并根据该平均值来确定该心率信息，以提高心率信息的测量准确度。
本申请实施例还提供一种PPG测试方法。如图13所示，在其中一个实施例中，PPG测试方法包括步骤1302-步骤1306。
步骤1302，驱动第一发光单元发射第一光信号，并控制第一测量通道中M个光电传感器并联连接以获取第一光电流信号，或，驱动第二发光单元发射第一光信号，并控制第二测量通道中的N个光电传感器并联连接以获取第二光电流信号；其中，N大于M，且M、N均为大于1的自然数。
PPG传感器中的驱动电路可以驱动第一发光单元和第二发光单元发射第一光信号。其中，第一光信号可包括用于测试血氧饱和度的红光和/或红外光。第一发光单元121和第二发光单元123可包括一个或多个发光二极管(LED)。具体的，该发光二极管可以为红光LED、红外光LED、绿光LED。其中，PPG传感器中的多个光电传感器125可划分为多个光电传感组，每个光电传感组内的多个光电传感器125并联，且每个光电传感组可分别与第一发光单元121、第二发光单元123构成一测量通道，进而可检测待检测对象的生物特征。具体的，第一发光单元121与第一光电传感组构成第一测量通道以获取第一光电流信号，其中，第一光电传感组可包括M个并联的光电传感器125。第二发光单元123与第二光电传感器125构成第二测量通道以获取第二光电流信号；其中，第二光电传感器组可包括N个并联的光电传感器125，其中，M小于N且均为大于1的自然数。
步骤1304，根据第一光电流信号或第二光电流信号从第一测量通道和第二测量通道中确定目标测量通道。
步骤1306，驱动目标测量通道检测待检测对象的生物特征。
当驱动第一发光单元121发射第一光信号时，PPG传感器可以基于构建的第一测试通道采集的第一光电流信号获取第一PPG信号。或者，当驱动第二发光单元123发射第二光信号时，PPG传感器可以基于构建的第二测试通道采集的第二光电流信号获取第二PPG信号。PPG传感器可根据任一测量通道获取的PPG信号从第一测量通道和第二测量通道中确定目标测量通道，进而可控制该目标测量通道来获取待检测对象的生物特征，例如，血氧饱和度等。示例性的，若当前控制第一测量通道工作，也即第一发光单元121发射第一光信号，并同时控制第一光电传感组中的M个光电传感器125并联以采集第一光电流信号时，可根据第一测量通道获取的第一PPG信号来确定目标测量通道为第一测量通道或第二测量通道。若该目标测量通道为第一测量通道时，则继续保持第一测量通道处于工作状态，若该目标测量通道为第二测量通道，则控制第二测量通道处理工作状态，也即，控制第二发光单元123发射第一光信号，并同时控制第二光电传感组中的N个光电传感器125并联以采集第二光电流信号，进而PPG传感器可以根据第二光电流信号获取第二PPG信号以检测待检测对象的血氧饱和度。
上述PPG测试方法，可以基于第一测量通道或第二测量通道获取的PPG信号来确定目标测量通道，进而可控制目标测量通道来检测待检测对象的生物特征。由于每个测量通道中的各光电传感器是相互并联设置的，可以降低PPG传感器的功耗，同时，各个测量通道中并联的光电传感器的数量不同，其对应的功耗等级也就不同，PPG传感器可根据当前采集到的第一光电流信号或第二光电流信号来确定目标测量通道，以适用于不同的测试场景。例如，当第一光电流信号或第二光电流信号对应的PPG信号较弱时，可使用功耗等级高的第一测量通道来检测生物特征；当第一光电流信号或第二光电流信号对应的PPG信号较强时，可使用功耗等级低的第二测量通道来检测生物特征，既保证了测量的准确，又兼顾了功耗。
在其中一个实施例中，根据第一光电流信号从第一测量通道和第二测量通道中确定目标测量通道，包括根据第一光电流信号或第二光电流信号获取灌注指数；当灌注指数低于预设阈值时，将第一测量通道作为目标测量通道；当灌注指数高于或等于预设阈值时，将第二测量通道作为目标测量通道的步骤。
灌注指数PI值反映了脉动血流情况，即反映了血流灌注能力。脉动的血流越大，脉动分量就越多，PI值就越大。在监测部位，搏动性组织(变化着的小动脉血流量)和非搏动性组织(静脉血、肌肉和其他组织)都吸收光，前者吸收的光量称搏动性信号(AC)，后者吸收的光量称非搏动性信号(DC)。PI为AC占DC的百分比(PI＝AC/DC×100％)。当光照透过皮肤组织然后再反射到光电传感器125时光照有一定的衰减的。像肌肉、骨骼、静脉和其他连接组织等对光的吸收是基本不变的，但是血液不同，由于动脉里有血液的流动，那么对光的吸收自然也有所变化。当光电传感器125时把光信号转换成电信号时，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PPG信号就可以分为直流DC信号(对应于非搏动性信号)和交流AC信号(对应于光量称搏动性信号)，因此，基于该光电流信号可以对应获取灌注指数。
其中，该灌注指数的大小与该PPG信号的强弱成正比，示例性的，该灌注指数越大，PPG信号越强。当灌注指数低于预设阈值时，将第一测量通道作为目标测量通道；当灌注指数高于或等于预设阈值时，将第二测量通道作为目标测量通道。其中，当PPG信号越强，可选择功耗低的第二测量通道作为目标测量通道，既保证了测量的准确，又兼顾了功耗；当PPG信号越弱，可选择功耗高的第一测量通道作为目标测量通道，以获取质量更优的PPG信号，以提高测量的精准度。
在其中一个实施例中，PPG测试方法还包括步骤1402-步骤1406。
步骤1402，驱动第二发光单元发射第二光信号，并控制各光电传感器分时获取第三光电流信号。
第二发光单元123还可以用于发射第二光信号。该第二光信号可包括用于测试心率信息的绿光。第二发光单元123可包括一个或多个发光二极管。具体的，该发光二极管至少包括绿光LED。
PPG传感器可驱动第二发光单元123发射第二光信号，并可分时导通各个光电传感器的所在的测试通道，以使各光电传感器分别与第二发光单元123构成第三测量通道，并对应将第二光信号转换为第三光电流信号。也即，一个独立的光电传感器可于第二发光单元123构成一个独立的第三测量通道，以用于测试待检测对象的心率信息。
步骤1404，针对每一第三光电流信号对应获取一心率测试结果。
步骤1406，根据多个心率测试结果检测待检测对象的心率信息。
PPG传感器可根据每个第三测量通道获取的PPG信号，可对应获取多个心率测试结果，进而获取待检测对象的心率信息。具体的，PPG传感器可获取多个心率测试结果的平均值，并根据该平均值来确定该心率信息，以提高心率信息的测量准确度。
上述PPG测试方法，不仅可以检测待检测对象的血氧饱和度信息，还可以对应检测待检测对象的心率信息，同时，基于多个心率检测通道，可以提高心率检测的准确度。
本申请实施例还提供一种可穿戴设备，该可穿戴设备可包括绑带组件和上述任一实施例中的电子设备，可以对人体的生理参数信息进行测量，提高了其测量准确度。
以上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 (16)
1.一种PPG传感器，其特征在于，包括：
第一发光单元，用于发射第一光信号；
第二发光单元，至少用于发射所述第一光信号；
多个光电传感器，第一发光单元与M个并联的所述光电传感器构成第一测量通道，并基于M个所述光电传感器获取第一光电流信号，所述第二发光单元与N个并联的所述光电传感器构成第二测量通道，并基于N个所述光电传感器获取第二光电流信号，其中，N大于M且小于或等于所述多个光电传感器的总数量，M、N均为大于1的自然数；
控制模块，分别与所述第一发光单元、第二发光单元和多个光电传感器连接，用于根据接收的所述第一光电流信号或第二光电流信号确定目标测量通道，并控制所述目标测量通道检测待检测对象的生物特征。
2.根据权利要求1所述的PPG传感器，其特征在于，所述第一发光单元与所述第一测量通道中的各所述光电传感器之间的第一距离均相等；所述第二发光单元与所述第二测量通道中的各所述光电传感器之间的第二距离均相等，且所述第一距离大于所述第二距离。
3.根据权利要求2所述的PPG传感器，其特征在于，多个所述光电传感器间隔排列于同一弧线；其中，所述第一发光单元和第二发光单元均分布在所述弧线的同一侧。
4.根据权利要求2所述的PPG传感器，其特征在于，多个所述光电传感器间隔排列于同一弧线；其中，所述第一发光单元和第二发光单元分别分布在所述弧线的两侧。
5.根据权利要求2所述的PPG传感器，其特征在于，多个所述光电传感器呈阵列排布；其中，所述第二发光单元位于所述阵列的中间位置，所述第一发光单元分布在所述阵列所在区域的外侧。
6.根据权利要求2所述的PPG传感器，其特征在于，所述第一发光单元和多个所述光电传感器呈阵列排布；其中，所述第二发光单元位于所述阵列的中间位置。
7.根据权利要求5或6所述的PPG传感器，其特征在于，所述阵列包括矩形阵列或环形阵列。
8.根据权利要求1所述的PPG传感器，其特征在于，当所述控制模块驱动所述第一发光单元和第二发光单元发射第一光信号时，所述控制模块用于控制所述目标测量通道检测待检测对象的血氧饱和度信息。
9.根据权利要求8所述的PPG传感器，其特征在于，所述控制模块包括：
驱动电路，分别与所述第一发光单元、第二发光单元连接，用于驱动所述第一发光单元、第二发光单元发射第一光信号；
开关电路，分别与各所述光电传感器连接，同于选择导通各所述光电传感器所在的测试通道，
信号处理电路，与所述开关电路连接，用于控制所述开关电路选择导通第一测量通道中的M个光电二极管的所在的测试通道，并基于所述第一测量通道采集的光电流信号生成第一PPG信号，或，控制所述开关电路选择导通第二测量通道中的N个光电二极管的所在的测试通道，并基于所述第二测量通道采集的光电流信号生成第二PPG信号；
处理单元，与所述信号处理电路连接，用于根据所述第一PPG信号或第二PPG信号确定所述目标测量通道，并根据所述目标测量通道向所述信号处理电路发送目标驱动信号，所述目标驱动信号用于控制所述目标测量通道的各光电传感器并联。
10.根据权利要求9所述的PPG传感器，其特征在于，所述驱动电路还用于驱动所述第二发光单元发射第二光信号，所述信号处理电路还用于控制所述开关电路分时导通各所述光电传感所在的测试通道，以检测待检测对象的心率信息。
11.一种PPG测试方法，其特征在于，所述方法包括：
驱动第一发光单元发射第一光信号，并控制第一测量通道中M个光电传感器并联连接以获取第一光电流信号，或，驱动第二发光单元发射所述第一光信号，并控制第二测量通道中的N个光电传感器并联连接以获取第二光电流信号；其中，N大于M，且M、N均为大于1的自然数；
根据所述第一光电流信号或第二光电流信号从所述第一测量通道和第二测量通道中确定目标测量通道；
驱动所述目标测量通道检测待检测对象的生物特征。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一光电流信号从所述第一测量通道和第二测量通道中确定目标测量通道，包括：
根据所述第一光电流信号或第二光电流信号获取灌注指数；
当所述灌注指数低于预设阈值时，将所述第一测量通道作为所述目标测量通道；
当所述灌注指数高于或等于所述预设阈值时，将所述第二测量通道作为所述目标测量通道。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
驱动所述第二发光单元发射第二光信号，并控制各所述光电传感器分时获取第三光电流信号；
针对每一所述第三光电流信号对应获取一心率测试结果；
根据多个所述心率测试结果检测待检测对象的心率信息。
14.一种电子设备，其特征在于，包括：
壳体，开设有检测窗口；
如权利要求1-10任一项所述的PPG传感器，所述PPG传感器外漏于所述检测窗口。
15.一种电子设备，包括发光组件、多个光电传感器、存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求11至13中任一项所述的PPG测试方法的步骤。
16.一种可穿戴设备，其特征在于，包括：
绑带组件；
如权利要求14或15所述的电子设备，所述绑带组件用于将所述电子设备佩戴在用户的佩戴位置。
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