DE212019000264U1 - Integrierte EKG-Elektrode und Antennenstrahler - Google Patents

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Abstract

Überwachungsvorrichtung, die Folgendes umfasst:
eine Kommunikationsschaltung zum Übertragen von Daten unter Verwendung mindestens eines drahtlosen Übertragungsprotokolls;
eine Elektrokardiogramm- (EKG) Schaltung zum Überwachen der Herzfrequenz eines Benutzers der Überwachungsvorrichtung;
ein leitendes Element in elektrischer Verbindung mit der Kommunikationsschaltung und der EKG-Schaltung, wobei das leitende Element als Antenne für die Kommunikationsschaltung und als Elektrode für die EKG-Schaltung fungiert;
ein erstes Entkopplungselement, das entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der Kommunikationsschaltung positioniert ist; wobei Signale eines ersten Frequenzbereichs vom leitenden Element von der Kommunikationsschaltung empfangen werden und wobei die Kommunikationsschaltung die EKG-Schaltung in einem zweiten Frequenzbereich nicht wesentlich belastet; und
ein zweites Entkopplungselement, das entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der EKG-Schaltung positioniert ist, wobei Signale des zweiten Frequenzbereichs vom leitenden Element von der EKG-Schaltungempfangen werden und wobei die EKG-Schaltung die Kommunikationsschaltung im ersten Frequenzbereich nicht wesentlich belastet.

Description

  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der nicht vorläufigen Patentanmeldung Nr. 16/457,337 , eingereicht am 28. Juni 2019 mit dem Titel „INTEGRATED ECG ELECTRODE AND ANTENNA RADIATOR“, die die Priorität und den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/697,844 , eingereicht am 13. Juli 2018 mit dem Titel „INTEGRATED ECG ELECTRODE AND ANTENNA RADIATOR“ beansprucht, auf die hiermit in vollem Umfang Bezug genommen wird.
  • HINTERGRUND
  • Die jüngsten technologischen Fortschritte, einschließlich der über Verbrauchervorrichtungen verfügbaren, haben entsprechende Fortschritte bei der Erkennung und Überwachung des Gesundheitszustands ermöglicht. Vorrichtungen wie Fitriessbänder und Smartwatches können beispielsweise Informationen zum Gesundheitszustand einer Person ermitteln, die die Vorrichtung trägt. Es ist wünschenswert, so viele Funktionen wie möglich bereitstellen zu können, aber der begrenzte Formfaktor dieser Vorrichtungen macht es schwierig, die erforderlichen Komponenten einzubeziehen.
  • Figurenliste
  • Verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
    • 1 eine beispielhafte Vorrichtung zeigt, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann.
    • 2A und 2B allgemeine Komponenten einer gemeinsamen EKG-Schaltung und eines gemeinsamen Elektrodensystems veranschaulichen, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden können.
    • 3 eine erste beispielhafte Implementierung zeigt, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann.
    • 4 eine zweite beispielhafte Implementierung zeigt, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann.
    • 5 eine dritte beispielhafte Implementierung zeigt, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann.
    • 6 Komponenten einer beispielhaften Vorrichtung zeigt, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden können.
    • 7 ein beispielhaftes Verfahren zum Implementieren einer gemeinsamen Elektrodenanordnung zeigt, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann.
    • 8A und 8B ein anderes beispielhaftes Antennendesign für eine Computervorrichtung veranschaulichen, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann.
    • 9 Komponenten einer beispielhaften Computervorrichtung zeigt, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden können.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen beschrieben.Zur Erläuterung werden spezifische Konfigurationen und Details angegeben, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen zu ermöglichen. Es wird Fachleuten jedoch auch klar sein, dass die Ausführungsformen ohne die spezifischen Details praktiziert werden können. Darüber hinaus können bekannte Merkmale ausgelassen oder vereinfacht werden, um die beschriebene Ausführungsform nicht zu verschleiern.
  • Ansätze gemäß verschiedenen Ausführungsformen sehen den gleichzeitigen und unabhängigen Betrieb von Schaltungen einer Computervorrichtung vor, die mindestens ein leitendes Element gemeinsam haben. Dies können Kommunikationsschaltungen wie Antennenschaltungen sowie Schaltungen zur Durchführung biometrischer oder physiologischer Messungen für einen Benutzer sein. Die Verwendung des leitenden Elements kann je nach Schaltkreis variieren, z. B. ein Antennenstrahler für einen Hochfrequenz- (HF) Kreis oder eine Trockenelektrode für einen Elektrokardiographie-(EKG) Kreis. Die Schaltung, die sich ein leitendes Element teilt, kann Signale verwenden, die über verschiedene Frequenzbereiche erhalten werden. Diese Bereiche können verwendet werden, um Entkopplungsschaltungen (oder Elemente) auszuwählen, die es den jeweiligen Schaltungen ermöglichen, Signale über einen jeweiligen Frequenzbereich zu erhalten und Signale über einen oder mehrere andere Frequenzbereiche auszuschließen, die anderen Schaltungen entsprechen, die sich die Schaltung teilen. Ein solcher Ansatz ermöglicht den gleichzeitigen unabhängigen Betrieb der verschiedenen Schaltungen, die sich ein leitendes Element teilen.
  • Verschiedene andere Funktionen können innerhalb der verschiedenen Ausführungsformen implementiert sowie an anderer Stelle hierin diskutiert und vorgeschlagen werden.
  • 1 zeigt eine beispielhafte tragbare Vorrichtung 100, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann. In diesem Beispiel ist die Vorrichtung eine Smartwatch, obwohl auch Fitness-Tracker und andere Vorrichtungstypen verwendet werden können. Obwohl gezeigt wird, dass diese Vorrichtung am Handgelenk eines Benutzers getragen wird, kann es auch andere Arten von Vorrichtungen geben, die an oder in der Nähe anderer Körperteile eines Benutzers getragen werden, beispielsweise an einem Finger, in einem Ohr, um eine Brust usw. Für viele dieser Vorrichtungen besteht mindestens eine gewisse drahtlose Konnektivität, die die Datenübertragung zwischen einer vernetzten Vorrichtung oder Computervorrichtung und der tragbaren Vorrichtung ermöglicht. Dies kann in Form einer Bluetooth-Verbindung erfolgen, mit der bestimmte Daten zwischen einem Benutzercomputer und der tragbaren Vorrichtung synchronisiert werden können. Eine Mobilfunk- oder Wi-Fi-Verbindung kann verwendet werden, um unter anderem Daten über mindestens ein Netzwerk wie das Internet oder ein Mobilfunknetz zu übertragen.
  • Wie bereits erwähnt, kann eine solche tragbare Vorrichtung verschiedene andere Arten von Funktionen bieten, die sich auf die Gesundheit einer Person beziehen können, die die Vorrichtung trägt. Eine solche Art von Funktionalität betrifft die Elektrokardiographie (EKG). EKG ist ein Prozess, mit dem die Aktivität des Herzens einer Person über einen bestimmten Zeitraum bestimmt und/oder verfolgt werden kann. Um EKG-Daten zu erhalten, wird häufig eine leitende Elektrode mit der Haut der zu überwachenden Person in Kontakt gebracht. In der Beispielsituation von 1 trägt eine Person eine tragbare Vorrichtung 100 an ihrem Arm 102 und kann einen oder mehrere Finger 106 (oder eine Handfläche usw.) mit einer freiliegenden Elektrode der Vorrichtung in Kontakt bringen. In diesem Beispiel ist die Elektrode mindestens ein Teil eines Metallrings 104, der Teil des Gehäuses um einen Bildschirm 108 der tragbaren Vorrichtung ist, obwohl auch andere Arten und Formen von Elektroden innerhalb des Umfangs der verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden können. Die Elektrode kann an einen EKG-Schaltkreis angeschlossen werden, der kleine Änderungen der elektrischen Ladung auf der Haut erkennen kann, die mit dem Herzschlag des Benutzers variieren. EKG-Daten können über einen längeren Zeitraum überwacht werden, um Unregelmäßigkeiten im Herzschlag festzustellen, die auf schwerwiegende Herzprobleme hinweisen können. Herkömmliche EKG-Messungen werden erhalten, indem das elektrische Potential des Herzens über einen Zeitraum gemessen wird, der typischerweise mehreren Herzzyklen entspricht. Wenn ein Benutzer seine Finger für einen Mindestzeitraum, in dem EKG-Messungen durchgeführt werden, auf die freiliegende Elektrode legt, kann eine auf der tragbaren Vorrichtung ausgeführte Anwendung die EKG-Daten sammeln und analysieren und dem Benutzer Feedback geben.
  • Wie bereits erwähnt, kann der Platz für zusätzliche Elemente in einer solchen Vorrichtung jedoch begrenzt sein. Es kann auch andere relevante Überlegungen geben, die sich auf Gewicht, Ressourcenkosten, Herstellungskapazitäten oder Aussehen beziehen können. Diese Grenzwerte müssen mit den Anforderungen oder Wünschen zur Unterstützung mehrerer Kommunikationsprotokolle in Einklang gebracht werden, darunter unter anderem Bluetooth, Wi-Fi, GNSS und LTE Cat-Ml. Die Fähigkeit, in einigen Ausführungsformen mehrere Kommunikationsprotokolle gleichzeitig zu unterstützen, kann von der Verwendung mehrerer Antennen profitieren. Jede zusätzliche Antenne benötigt jedoch Platz auf oder in der Vorrichtung. Es kann daher wünschenswert sein, zu versuchen, die Anzahl der erforderlichen Elemente zu verringern oder zu minimieren. Bei der Messung des EKG wie oben beschrieben kann eine Elektrode verwendet werden, die die Form eines großen Metallelements oder eines anderen Elements eines ausreichend leitfähigen Materials annehmen kann. Da sich die EKG-Frequenzen ausreichend von den Frequenzen für die verschiedenen Kommunikationsprotokolle unterscheiden, können hier diskutierte Ansätze eine oder mehrere EKG-Elektroden als Kommunikationsantennenelemente verwenden. Ein solcher Ansatz kann die Anzahl der Elemente (einschließlich einer oder mehrerer separater Antennen und Elektroden) verringern, die zur Unterstützung derselben Funktionalität in einer bestimmten Vorrichtung erforderlich sind.
  • 2A zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm 200 einer solchen Implementierung, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann. Dieses Diagramm zeigt die Antennenanpassungsschaltung 202 und die EKG-Schaltung 210, die jeweils eine geeignete Schaltung umfassen können, die für eine solche Funktionalität bekannt, verwendet oder geeignet ist, wobei die hier diskutierten eingeschlossen sind, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Antennenanpassungsschaltung 202 und die EKG-Schaltung 210 können in diesem Beispiel eine einzelne Elektrode 206 gemeinsam nutzen, obwohl im Rahmen der verschiedenen Ausführungsformen auch andere Kombinationen oder Ansätze verwendet werden können. Bei vielen EKG-Implementierungen muss mindestens eine Elektrode 206 vom längeren Kontakt mit der Haut des Benutzers isoliert sein, z. B. vom Handgelenk, an dem eine Smartwatch oder eine Fitness-Trackingvorrichtung getragen werden kann. Eine Beispielelektrode ist metallisch und zumindest im Verhältnis zur Größe der Vorrichtung ausreichend groß, um einen guten Kontakt mit der Haut des Benutzers zu ermöglichen. In einer beispielhaften Ausführungsform hat eine Elektrode eine Größe in der Größenordnung von mindestens 150 mm2. Eine solche Elektrode kann aus rostfreiem Stahl bestehen, obwohl jedes leitfähige Metallmaterial oder jede Metalllegierung in Betracht gezogen werden kann, solange die Kontaktfläche während der Einwirkung von Luft oder Feuchtigkeit keiner Oxidation unterliegt. Wenn mehrere Kommunikationsprotokolle oder -standards verwendet werden, müssen die Antennenstrahler möglicherweise einen großen Teil des Volumens innerhalb oder auf der Vorrichtung einnehmen. Die Antennenschaltung ist typischerweise relativ nahe am Antennenstrahler oder an der Antennenelektrode angeordnet, während es möglicherweise keine Einschränkung oder keinen Vorteil gibt, EKG-Schaltungen relativ nahe an der Antennenschaltung anzuordnen. Die EKG-Schaltung kann an einem für das jeweilige Vorrichtungedesign optimalen Ort angeordnet werden. Ein Ansatz wie der in 2A dargestellte ermöglicht die gleichzeitige Verwendung von mindestens einem Metallteil oder einem anderen leitenden Element als EKG-Elektrode und Antennenstrahler. Wie an anderer Stelle hierin diskutiert, könnten zusätzliche Schaltungen, die ähnliche leitende Elemente verwenden, auch ein solches Element teilen, z. B. wenn der Frequenzbereich, der für eine Schaltung oder Anwendung analysiert werden soll, ausreichend außerhalb des Frequenzbereichs einer anderen Schaltung oder Anwendung liegt, die sich eine bestimmte Elektrode teilt. Es kann auch mehr als zwei Schaltungen geben, die sich ein einzelnes leitendes Element oder einen Satz von leitenden Elementen im Rahmen der verschiedenen Ausführungsformen teilen. Durch die gemeinsame Nutzung solcher Komponenten kann auf oder innerhalb einer solchen Vorrichtung erheblicher Platz gespart werden, wenn andernfalls separate Elemente dieser Größe erforderlich sein könnten.
  • In dem Beispielsystem von 2A ist die EKG-Schaltung 210 mit der gemeinsam genutzten Elektrode 206 (die auch als Antennenstrahler fungiert) über eine Entkopplungsschaltung oder ein Element 208 verbunden,das die EKG-Schaltung 210 über einen Bereich von Hochfrequenzfrequenzen (HF)(ungefähr 700 MHz bis ungefähr 3 GHz oder über 600 MHz für mindestens einige Ausführungsformen, die LTE Cat Ml-, GNSS-, Bluetooth- und Wi-Fi-Protokolle verwenden, oder bis zu ungefähr 6 GHz in anderen Ausführungsformen) von der Antennenanpassungsschaltung 202 isoliert, die mit einem oder mehreren HF-Systemen verbunden werden kann. Die Antennenanpassungsschaltung 202 kann mit der gemeinsam genutzten Elektrode/dem gemeinsamen Strahler 206 über eine zweite Entkopplungsschaltung oder ein zweites i Element 204 verbunden sein, das es in einem Bereich niedriger Frequenzen (um 0 Hz (Gleichstrom) bis etwa 150 kHz für einige Ausführungsformen, obwohl für eine ausreichende Isolation eine höhere Grenzfrequenz verwendet werden kann) von der EKG-Schaltung 210 isoliert. Der Einfluss der EKG-Schaltung auf die Antennenanpassungsschaltung kann verringert werden, indem Induktivitäten oder Ferritperlen, die bei HF-Frequenzen eine hohe Impedanz aufweisen, anstelle von Widerständen mit hoher Impedanz, wie an anderer Stelle hierin erörtert, verwendet werden. Da EKG-Schaltungen Eingänge mit hoher Impedanz aufweisen, wird die Entkopplungskomponente 208 mit relativ niedriger Impedanz in zumindest einigen Ausführungsformen einen vernachlässigbaren Einfluss auf das EKG-System haben. In einigen Ausführungsformen kann eine zusätzliche Isolation erreicht werden, indem ein Nebenschlusskondensator gegen Masse nach dem Vorwiderstand/Induktor verwendet wird, der bei HF-Frequenzen einen Kurzschluss gegen Masse darstellen würde. Durch Erreichen einer guten Isolation bei ihren jeweiligen Betriebsfrequenzen zwischen der EKG-Schaltung und der Antennenanpassungsschaltung mit den ersten Komponenten jeder Schaltungkönnen andere Teile der EKG-Schaltung einfacher entworfen und optimiert werden, ohne die Antennenanpassungsschaltung zu beeinflussen, und umgekehrt. Die Entkopplung der Schaltungen ermöglicht es ihnen auch, in mindestens einigen Ausführungsformen unabhängig zu funktionieren, obwohl in anderen Ausführungsformen die leitenden Elemente möglicherweise geteilt, aber jeweils nur einzeln für eine bestimmte Schaltung betrieben werden, z. B. wenn ein bestimmtes Kommunikationsprotokoll einen Frequenzbereich verwendet, der relativ nahe an dem des EKG-Schaltkreises oder eines anderen Schaltkreises liegt, der sich das leitende Element teilt. Wenn mehr als zwei Schaltungen ein solches Element gemeinsam nutzen, kann jede Teilmenge der entkoppelten Schaltungen das Element zu einem bestimmten Zeitpunkt gleichzeitig verwenden.
  • Entkopplungselemente können verwendet werden, um Signale von einem Schaltungselement zu einem anderen zu filtern oder auf andere Weise zu dämpfen. Beispielsweise kann ein Entkopplungselement dazu führen, dass das EKG-Signal die Kommunikationsschaltung nicht wesentlich belastet (und/oder umgekehrt), wodurch einige Zehntel Dezibel Last bereitgestellt werden (z. B. 0,1 dB, 0,2 dB, 0,3 dB, 0,4 dB oder 0,5).
  • 2B zeigt eine beispielhafte Alternative zu 2A, wobei zwei Elektroden 206a und 206b jeweils mit den jeweiligen Antennenanpassungsschaltungen 202a und 202b unter Verwendung der jeweiligen Entkoppler 204a, 204b, 208a und 208b verbunden sind. Die beiden Elektroden können dann mit einem einzelnen EKG-Schaltungselement 210 verbunden werden.
  • 3 zeigt ein erstes beispielhaftes Teilsystem 300, das gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann. In diesem Beispiel wird ein leitendes Element 302 als Elektrode für eine EKG-Schaltung 308 und ein Strahler für eine Antennenanpassungsschaltung 304 geteilt. Die EKG-Schaltung und die Antennenanpassungsschaltung können sich in verschiedenen Ausführungsformen auf derselben oder verschiedenen Leiterplatten (PCB), Chips usw. befinden. Dieses Beispiel stellt ein Monopolantennenkonzept dar, bei dem kein Erdungspfad vom Antennenstrahler zur Erdung der Systemleiterplatte vorhanden ist. In diesem Beispiel ist ein erstes Entkopplungselement 306 zwischen dem gemeinsam genutzten leitenden Element 302 und der Antennenanpassungsschaltung 304 positioniert, die wiederum in einen HF-Chipsatz 312 eingespeist. Das erste Entkopplungselement 306 wird zumindest teilweise basierend auf den relativen Betriebsfrequenzen der EKG-Schaltung und der Antennenanpassungsschaltung ausgewählt, so dass nur Frequenzen innerhalb des Bereichs für die Antennenanpassungsschaltung an die Antennenanpassungsschaltung 304 weitergeleitet werden oder dass zumindest diese Frequenzen im Bereich für die EKG-Schaltung nicht signifikant an die Antennenanpassungsschaltung 304 weitergeleitet werden. Es kann ein gewisses Maß an Übersprechen zwischen den Signalen der beiden Frequenzbereiche geben, aber ein solches Übersprechen ist in einigen Ausführungsformen vernachlässigbar oder kann in anderen berücksichtigt werden. Ein solches Übersprechen kann im Rahmen eines Signalanalyseverfahrens digital gedämpft werden. Ein zweites Entkopplungselement 310 kann zumindest teilweise basierend auf den relativen Betriebsfrequenzen der EKG-Schaltung und der Antennenanpassungsschaltung ausgewählt werden, so dass nur Frequenzen innerhalb des Bereichs für das EKG an die EKG-Schaltung 308 weitergeleitet werden oder zumindest Frequenzen im Bereich für die Antennenanpassungsschaltung nicht signifikant an die EKG-Schaltung 308 weitergeleitet werden. Obwohl spezifische Komponenten für die EKG- und Antennenanpassungsschaltungen dargestellt sind, kann, wie an anderer Stelle hierin erwähnt, jede geeignete Schaltung, die für solche Zwecke bekannt, verwendet oder entwickelt ist, auch im Rahmen der verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden. Da zumindest einige Schaltungen dieser Typen auf dem Fachgebiet bekannt sind, werden sie hier nicht im Detail diskutiert. In einer Ausführungsform ist das erste Entkopplungselement 306 (oder die erste Schaltung) ein 33-pF-Kondensator, der zur Entkopplung des EKG-Signals in Reihe ausgerichtet ist, obwohl andere Kondensatoren auch in verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden können, wie Kondensatoren mit Werten zwischen etwa 20 pF und etwa 100 pF oder sogar Werten bis zu 100 nF. Das zweite Entkopplungselement 310 (oder die zweite Schaltung) in diesem Beispiel ist ein 22-k-Widerstand, der zur Entkopplung von HF-Antennen verwendet wird, der in verschiedenen Ausführungsformen bevorzugt in dieser Ausführungsform näher an dem leitenden Element 302 angeordnet ist. Dieses Entkopplungselement kann in einigen Ausführungsformen alternativ ein Widerstand mit einem Wert zwischen 5 kOhm und 100 kOhm oder ein Induktor mit einem Wert zwischen etwa 30 nH bis etwa 1 uH oder eine Ferritperle sein, die 1000 Ohm oder eine hohe Impedanz bei den Betriebsfrequenzen der Antennenanpassungsschaltung liefert. Ein zweiter Kontaktpunkt für die EKG-Schaltung 308, wie dargestellt, kann mit einer zweiten Elektrode verbunden werden, die nicht mit der Antennenanpassungsschaltung 306 geteilt ist. In diesem Beispiel stellt der Kondensator der ersten Entkopplungsschaltung 306 einen offenen Stromkreis für die Signale bei der EKG-Frequenz bereit und der Widerstand der zweiten Entkopplungsschaltung 310 lässt nur Signale mit der Antennenfrequenz zur Antennenanpassungsschaltung durch.
  • Wie hierin diskutiert, können das erste und das zweite Entkopplungselement (oder die Schaltungen) beliebige geeignete Entkopplungselemente sein, die in der Lage sind, bestimmte Frequenzen herauszufiltern oder nur bestimmte Frequenzen von einem gemeinsam leitenden Element aus zu verbreiten. Die Entkopplungselemente (oder Schaltungen) können Elemente wie Widerstände, Induktivitäten, Kondensatoren und Ferritperlen umfassen, die Werte oder Bereiche haben können, wie hierin angegeben. Wie erwähnt, können die Werte zumindest teilweise basierend auf der jeweiligen Schaltung bestimmt werden, zu der ein Frequenzbereich durchgelassen werden soll, und anderen Schaltungen, die das leitende Element teilen, dessen Frequenzen nicht über das Entkopplungselement (oder den Schaltkreis) durchgelassen werden sollen.
  • 4 zeigt ein anderes beispielhaftes Teilsystem 400, das gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann. In diesem Beispiel wird ein leitendes Element 402 als Elektrode für eine EKG-Schaltung 408 über ein entsprechendes Entkopplungselement 410 (oder eine Schaltung) und einen Strahler für eine Antennenanpassungsschaltung 404 über ein Paar (oder mehrere) Entkopplungselemente 406 (oder Entkopplungsschaltungen) geteilt. In diesem Beispiel ist die Antenne von einem anderen Typ als in 3, wobei sie unter anderem eine Rahmenantenne, eine Schlitzantenne oder eine invertierte F-Antenne (IFA) ist. Für diesen Antennentyp werden ein oder mehrere Erdungspfade vom Antennenstrahler zur Erdung der Systemleiterplatte benötigt. Zwei oder mehr Entkopplungselemente 406 für die Antennenanpassungsschaltung 404 können vom gleichen Typ oder von verschiedenen Typen sein. Die zwei oder mehr Entkopplungselemente 406 können den gleichen Wert oder verschiedene Werte haben, wie beispielsweise zwei oder mehr 33-pF-Kondensatoren zum Entkoppeln zum EKG-Signal. Der Kondensatorbereich kann auch derselbe sein, wie er in Bezug auf die entsprechenden Kondensatoren in 3 erläutert wurde. Die EKG-Schaltung in diesem Beispiel kann nicht mit Gleichstrom geerdet werden, was das kapazitive Element in jedem Erdungspfad erforderlich macht.
  • 5 zeigt ein anderes beispielhaftes Teilsystem 500, das gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann. In diesem Beispiel wird ein leitendes Element 502 eines Paares leitender Elemente 502, 504 als Elektrode für eine EKG-Schaltung 512 über ein entsprechendes Entkopplungselement 514 geteilt. In diesem Beispiel kann eine Elektrode 502 dann als Antennenstrahler fungieren, der kapazitiv über ein Speiselement 504 gekoppelt ist, das mit einer Antennenanpassungsschaltung 510 verbunden ist. Die Elektrode 502 weist jeweils einen oder mehrere Erdungspfade zur Erdung der Systemleiterplatte über ein Entkopplungselement 508 auf. In diesem Beispiel ist die Antenne von einem noch anderen Typ, der hier aus einer parasitären Antenne oder einer kapazitiven Speiseantenne besteht, die einen Erdungspfad zum parasitären Strahler oder kapazitiven Speisestrahler verwendet. Die kapazitive Speiseantenne kann aus mehreren Antennentypen bestehen, beispielsweise aus einer kapazitiven Speisemonopolantenne, einer kapazitiven Speiseschleifenantenne oder einer kapazitiven Speiseschlitzantenne. Eine parasitäre Antenne oder eine kapazitive Speiseantenne wird in einigen Situationen auch als passive Antenne bezeichnet, da sie mit nichts anderem, nämlich mit anderen Schaltkreisen in der Vorrichtung, elektrisch verbunden ist. Bei richtiger Entkopplung kann das leitende Element 502 als passives Antennenelement fungieren. In diesem Beispiel wird mindestens ein Entkopplungselement 508 entlang jedes Erdungspfads verwendet, das ein Kondensator mit 33 pF oder einem anderen Wert sein kann, der für solche Zwecke hierin diskutiert wird.
  • Wie bereits erwähnt, können die Elektrode oder andere kapazitive Elemente an oder in der Vorrichtung viele Formen annehmen, obwohl für EKG- und verschiedene andere Anwendungen mindestens ein Teil der Elektrode der Haut des Benutzers ausgesetzt oder auf andere Weise zugänglich sein muss. In mindestens einigen Ausführungsformen wird die freiliegende Elektrode mit einer oder mehreren anderen Elektroden verwendet, die mit der Haut des Handgelenks oder einer anderen Stelle in Verbindung stehen, wobei dies auf der Art der Vorrichtung oder der Präferenz des Benutzers beruhen kann. Wie in 1 dargestellt, kann die Elektrode Teil des Vorrichtungsgehäuses oder Teil eines leitenden Rings um einen Bildschirm oder ein Element der Vorrichtung sein. Die Elektrode kann unter anderem auch aus einem oder mehreren Stäben oder ebene Elementen bestehen, die an einem Umfang des Vorrichtungsgehäuses positioniert sind. Zusätzlich oder alternativ kann ein oberflächenmontierter Edelstahlstreifen als EKG-Elektrode verwendet werden. Der Elektrodenstreifen in einer Ausführungsform haftet an der Außenfläche eines Metallgehäuses, ist jedoch durch eine oder mehrere Schichten Klebstoff oder ein nichtleitendes Polybutylenterephthalat- (PBT) Material, das unter Verwendung eines Verfahrens wie Nanoformen hergestellt wurde, vom Metallgehäuse isoliert. Wie bereits erwähnt, sollte dieses Element bei EKG-Anwendungen keinen Kontakt oder zumindest einen längeren Kontakt mit dem Handgelenk des Benutzers haben. In einigen Ausführungsformen kann das Nanoformen verwendet werden, um ein Ring- oder Schleifendesign zu erzeugen, bei dem ein oder mehrere leitende Elemente oder Elemente eines oder mehrerer Teile oder Bereiche vorhanden sein können. In einigen Ausführungsformen kann es mehrere Teilungen geben, die vier getrennten Elementen entsprechen können, von denen jedes einen anderen Einspeisepunkt aufweist. Jedes oder alle dieser Elemente können auch als Elektroden verwendet werden, wobei jedes in einigen Ausführungsformen für mindestens eine andere Schaltung verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine obere Elektrode für EKG- und Wi-Fi-Schaltungen verwendet werden, während eine untere Elektrode für LTE-Kommunikation verwendet werden kann. Es können auch mehrere leitende Elemente für die EKG-Schaltung verwendet werden, wobei jedes Element mit einer entsprechenden Antennenschaltung arbeitet, wie z. B. für Wi-Fi, 5G, LTE, GNSS, Bluetooth usw. In einigen solchen Ausführungsformen werden mehrere leitende Elemente, die für das EKG verwendet werden, von einer einzelnen Antennenschaltung und einem einzelnen Antennenprotokoll verwendet, um die Mehrwegetechnologie von Signalen zu nutzen, die von den mehreren leitenden Elementen empfangen/gesendet werden (z. B. Mehrstrom-Strahlformung, räumliches Multiplexen und Diversitätscodierung sowie andere Mehrfach-Ein-Mehrfach-Aus- (Multiple-In-Multiple-Out, MIMO) oder ähnliche Techniken). Während in vielen Ausführungsformen Messungen jederzeit gleichzeitig durchgeführt werden können, wie in einigen Ausführungsformen diskutiert, in denen EKG-Messungen selten durchgeführt werden können, beispielsweise nur einmal pro Tag, kann es vorteilhaft sein, die Kommunikation während dieser Zeit für eine Kommunikationsschaltung zu begrenzen, die diese Elektrode als Antennenelement verwendet. Beispielsweise kann die Kommunikationsschaltung vorübergehend eine Ratenbegrenzung oder eine Leistungsbegrenzung auferlegen oder die Kommunikation auf andere Weise stoppen, mit Ausnahme derjenigen, die zur Aufrechterhaltung der Kommunikationsverbindung erforderlich sind. In einigen Ausführungsformen werden bestimmte Frequenzen oder Codierungstechniken (z. B. Quadraturamplitudenmodulation oder orthogonales Frequenzmultiplexen) innerhalb einer Kommunikationsspezifikation möglicherweise nicht vollständig durch das EKG-Entkopplungselement gefiltert. Wenn EKG-Messungen durchgeführt werden, kann die Kommunikationsschaltung die Verwendung solcher Frequenzen oder Codierungstechniken minimieren. Beispielsweise kann ein Protokoll unter Verwendung eines adaptiven Frequenzsprung-Spreizspektrums so programmiert werden, dass Frequenzen übersprungen werden, die Probleme bei der EKG-Messung verursachen.
  • Wie erwähnt, können andere Konstruktionen oder Arten von leitenden Elementen gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden. Beispielsweise zeigt 6 eine Draufsicht auf eine beispielhafte elektronische Vorrichtung 600 mit einer Metallplatte 608 in einem Metallgehäuse 616, die eine Schlitzantenne 610 bildet, die von einer Monopolantenne 606 angeregt wird. Das Gehäuse (z. B. ein Metallgehäuse) 616 kann ausgelegt sein, eine Anzeige aufzunehmen, die am Handgelenk einer Person getragen wird. Ein Armband (nicht gezeigt) kann an die gegenüberliegenden Enden des Metallgehäuses angeschlossen werden, und die fertige Einheit kann am Handgelenk einer Person getragen werden. Das Metallgehäuse kann so gestaltet sein, dass es sich besser an die Querschnittskrümmung des Unterarms einer Person anpasst, und das Innere des Metallgehäuses kann von verschiedenen elektrischen Komponenten besetzt sein, einschließlich einer Leiterplatte oder einer flexiblen Leiterplatte (Flexible Printed Circuit Board, FPCB), die beispielsweise verschiedene Sensoren, Prozessoren, Energieverwaltungskomponenten usw. umfasst. Das Metallgehäuse kann zusätzliche Merkmale umfassen, wie beispielsweise eine Metallknopfhalterung 612, um andere Elemente innerhalb des Metallgehäuses zu tragen.
  • Die Schlitzantenne 610 ist als eine Lücke zwischen der Metallplatte 608 und dem Metallgehäuse 616 (einschließlich der Metallknopfhalterung 612) aufgebaut, die an zwei Enden mit Erdungskontakten 614, 620 zwischen der Metallplatte und dem Metallgehäuse gestoppt ist. Der Spalt zwischen der Metallplatte und dem Metallgehäuse, der zwischen den Erdungskontakten 614, 620 verläuft, bildet die Schlitzantenne 610, die, wenn sie von der Monopolantenne 606 angeregt wird, HF-Signale ausstrahlt oder empfängt. Die Schlitzantenne kann als Schlitzantenne mit halber Wellenlänge konfiguriert sein (z. B. eine Länge von etwa 6,25 cm für die Bluetooth-Kommunikation). Die Schlitzantenne wird nicht direkt von einem Element (z. B. einer Antennenspeisung oder einem Koaxialkabel) angetrieben, das mit der Leiterplatte oder einer anderen ähnlichen Komponente gekoppelt ist. Ein dritter Erdungsstift 618 kann enthalten sein, um die Leistung zu verbessern. Die Erdungskontakte 614, 620 können verwendet werden, um die Schlitzresonanz der Schlitzantenne abzustimmen (z. B. um innerhalb des Bluetooth-Bandes zu schwingen). Der dritte Erdungsstift 618 kann verwendet werden, um unerwünschte Resonanzen in dem verbleibenden Spalt zwischen dem Metallgehäuse und der Metallplatte zu verringern oder zu verhindern, die die Strahlungseffizienz der Schlitzantenne 610 verringern können. Die Erdungsklammern können als Federkontakt oder als andere Art der elektrischen Verbindung konfiguriert werden. Die Erdungsklammern können Elemente umfassen, die in einer Blattfeder enden, die gegen das Metallgehäuse oder die Metallknopfhalterung drückt.
  • Die beispielhafte Monopolantenne 606 ist so ausgelegt, dass sie die Schlitzantenne 610 in einem Zielmodus anregt. Die Monopolantenne umfasst eine flexible Leiterplatte (FPCB) als Monopolstrahler 602 auf einem Monopolantennenträger 604, der aus einer mechanischen Kunststoffkomponente besteht. Die FPCB 602 ist auf der Oberfläche des Trägers 604 montiert und der Träger ist in dem Metallgehäuse 616 angeordnet. Der Träger kann am Metallgehäuse oder einer anderen Komponente der Vorrichtung angebracht werden.
  • Eine solche Vorrichtung kann in einigen Ausführungsformen zur biometrischen Überwachung verwendet werden, wie hierin diskutiert. Biometrische Überwachungsvorrichtungen, einschließlich am Handgelenk getragener biometrischer Überwachungsvorrichtungen, können so konfiguriert werden, dass biometrische und andere Daten zu und von einer oder mehreren separaten elektronischen Vorrichtungen gesendet und empfangen werden. Zum drahtlosen Senden und Empfangen von Daten erfordern solche Überwachungsvorrichtungen die Verwendung einer oder mehrerer Antennen in der Vorrichtung.
  • Eine beispielhafte Antennenarchitektur für tragbare elektronische Vorrichtungen umfasst zwei Teile. Erstens umfassen die Antennenarchitekturen eine Monopolantenne mit einem Monopolstrahler auf einem Kunststoffträger, der oben auf einem Anzeigebereich in einem Metallgehäuse der Vorrichtung implementiert ist. Der Monopolstrahler ist über einen Antennenclip auf einer Leiterplatte (PCB) mit einem Hochfrequenzmotor (HF) verbunden. Die Monopolantenne kann als Flexfilmantennenstrahler implementiert werden, der beispielsweise auf einem Kunststoffträger montiert ist. Der Monopolstrahler kann elektromagnetische Felder erzeugen, um die Schlitzantenne zum Senden oder Empfangen von Hochfrequenzsignalen zu bewegen. Die Antenne kann so ausgelegt sein, dass sie Hochfrequenzenergie bei Frequenzen innerhalb des/der Frequenzbänder für das/die drahtlosen Kommunikationsprotokolle, das/die die Antenne unterstützen sollen, besonders gut empfangen (oder senden) kann, und die Antenne kann auch so ausgelegt sein, dass sie Hochfrequenzenergie bei Frequenzen außerhalb des/der Frequenzbänder nicht besonders gut empfangen (oder senden) kann. Antennen können eine solche Selektivität aufgrund ihrer physikalischen Geometrie und der Dimensionen erreichen, die diese Geometrie definieren.
  • Zweitens umfassen die Antennenarchitekturen eine Schlitzantenne, die durch einen Spalt zwischen einer Metallplatte (und/oder einer leitenden Platte) und dem Metallgehäuse gebildet wird. Die Schlitzantenne strahlt HF-Signale von der Schlitzstruktur über ein Anzeigemodul, ein Berührungsmodul und ein Glasfenster ab. Der Monopolstrahler und die Schlitzantenne sind kapazitiv gekoppelt, so dass der Monopolstrahler ein variierendes elektrisches Feld erzeugt, das unterschiedliche elektrische Felder an der Schlitzantenne induziert, was zum Empfang und/oder Senden von HF-Signalen führt. Diese Kopplung elektrischer Felder zwischen dem Monopolstrahler und der Schlitzantenne ermöglicht das Senden und Empfangen von HF-Signalen von der Vorrichtung. Der Monopolstrahler ist im Schlitzbereich positioniert, um die Schlitzantenne durch elektromagnetische Feldkopplung anzuregen. Die Abmessungen der Schlitzantenne und der Monopolantenne können abgestimmt werden, um gezielte Kommunikationsfrequenzbänder zu erzielen. Darüber hinaus kann der Monopolantennenabschnitt so eingestellt werden, dass er eine bestimmte Länge aufweist, und eine Anpassungsschaltung auf der Leiterplatte kann verwendet werden, um die Antennenimpedanz abzustimmen, um gezielte Leistungseigenschaften zu erreichen. In einigen Ausführungsformen können die Metallplatte und/oder das Metallgehäuse leitend sein. Die Metallplatte und/oder das Metallgehäuse können ein oder mehrere Materialien umfassen, die eine Leitfähigkeit von 1E5 Siemens/m und/oder höher aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen reduziert die offenbarte monopolangeregte Schlitzantenne das Totband des Anzeigefensters oder stellt ein wünschenswertes oder vorteilhaft kleines Totband an einer Oberseite des Anzeigefensters bereit. Die Monopolantennenkomponente, die die Schlitzantenne anregt, kann für die Schlitzantenne mit einem verringerten Abstand zwischen einer Oberseite des Metallgehäuses und einem Anzeigemodul im Vergleich zu einer reinen Monopolantennen- oder einer invertierten F-Antennen- (IFA) Architektur mit ähnlicher Antennenleistung eine gezielte Erregung bereitstellen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die offenbarte monopolangeregte Schlitzantenne eine Vorrichtungsarchitektur mit einer Leiterplatte (PCB), die nahe dem Boden eines Metallgehäuses angebracht ist. Bei konischen Metallgehäusen kann eine relativ große Batterie über der Leiterplatte und innerhalb des Metallgehäuses platziert werden. Im Gegensatz dazu kann bei Vorrichtungen mit ähnlichen sich verjüngenden Metallgehäusen, die andere Antennendesigns verwenden, die Leiterplatte über der Batterie montiert werden, um eine geeignete Leistung, geeignete Herstellungskosten und/oder eine geeignete mechanische Komplexität zu erzielen. In solchen Vorrichtungen ist die Batteriegröße im Vergleich zu Vorrichtungen, die die hierin offenbarten Antennenarchitekturen enthalten, die es ermöglichen, die Batterie über der Leiterplatte zu platzieren, verringert.
  • In einigen Ausführungsformen befindet sich das offenbarte monopolangeregte Schlitzantennen-Design vollständig im Metallgehäuse. Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung dadurch wasserdicht und/oder schwimmsicher hergestellt werden. Wenn sich mindestens ein Teil der Antenne außerhalb des Metallgehäuses befindet, können Durchkontaktierungen oder Löcher im Metallgehäuse erforderlich sein, um elektrische Signale an den Teil der Antenne außerhalb des Metallgehäuses zu senden und zu empfangen. Diese Durchkontaktierungen oder Löcher können die Wasserdichtigkeit der Vorrichtung beeinträchtigen oder die Kosten für die Wasserbeständigkeit und/oder Schwimmfestigkeit eines solchen Vorrichtungs in unerwünschter Weise erhöhen.
  • In einigen Ausführungsformen üben die offenbarten monopolangeregten Schlitzantennenkonstruktionen keine Kontaktdruckkraft auf das Glasfenster aus. Vorteilhafterweise erleichtert dies die Herstellung der Vorrichtung, um wasserdicht und/oder schwimmsicher zu sein, wodurch wasserdichte Dichtungen für Verbindungen zwischen Komponenten erzeugt werden. Wenn eine Antenne beispielsweise eine nach außen gerichtete Kraft auf das Anzeigefenster ausübt, kann das Anzeigefenster dazu neigen, sich vom Metallgehäuse zu trennen, wodurch die wasserdichte Abdichtung beeinträchtigt wird.
  • Eine beispielhafte monopolangeregte Schlitzantenne funktioniert unter Verwendung eines kapazitiv gekoppelten Monopolantennenstrahlers, um einen Antennenschlitz anzuregen. In Bezug auf eine Vorrichtung, die eine Schlitzantenne mit einer direkten Einspeisung von einer Leiterplatte verwendet, um die Schlitzantenne anzuregen, kann das offenbarte Antennendesign zumindest teilweise vorteilhaft sein, weil es mechanisch einfacher ist (z. B. nicht die Verwendung eines Koaxialkabels oder einer anderen Übertragungsleitung von der Leiterplatte zur Antenne erfordert),was zu geringeren Kosten und einer einfacheren Herstellung führt.
  • Verschiedene hier diskutierte Implementierungen können verwendet werden, um beispielsweise eine monopolangeregte Schlitzantenne bereitzustellen, die Bluetooth-Funktionalität bereitstellt, einschließlich Bluetooth Low Energy- (Bluetooth LE oder BTLE) Funktionalität. Eine solche kompakte und effiziente Antenne kann insbesondere in hochintegrierten Vorrichtungen mit einem kleinen Formfaktor von Nutzen sein. Zum Beispiel können die offenbarten Antennen in biometrischen Überwachungsvorrichtungen verwendet werden, z. B. tragbaren Vorrichtungen, die verschiedene biometrische Messungen verfolgen, melden und kommunizieren, z. B. zurückgelegte Entfernung, zurückgelegte Schritte, zurückgelegte Treppenstufen usw. Solche Vorrichtungen können die Form einer kleinen Vorrichtung aufweisen, die an der Kleidung einer Person befestigt oder am Handgelenk einer Person getragen wird. Eine solche Vorrichtung kann zum Beispiel verschiedene Prozessoren, Leiterplatten, Sensoren, dreiachsige Beschleunigungsmesser, dreiachsige Gyroskope, dreiachsige Magnetometer, einen Höhenmesser, eine Anzeige, einen Vibramotor, eine wiederaufladbare Batterie, einen Ladeanschluss und einen Eingabeknopf in einem Metallgehäuse mit einer Länge von ungefähr 1,62 Zoll und 2 Zoll, einer Breite von 0,75 Zoll und 0,85 Zoll und einer Dicke von 0,3 Zoll und 0,44 Zoll umfassen. In einer solchen Vorrichtung kann eine monopolangeregte Schlitzantenne verwendet werden, um eine HF-Kommunikation in einer wasserfesten und/oder schwimmsicheren tragbaren Vorrichtung bereitzustellen, um das Totband eines Anzeigefensters zu verringern und/oder um eine kostengünstigere und mechanisch einfachere Vorrichtung bereitzustellen.
  • Aufgrund der geringen Größe solcher Vorrichtungen können monopolangeregte Schlitzantennen, wie die hier offenbarten, die Fähigkeit bieten, eine kompaktere Kommunikationslösung anzubieten, als dies sonst möglich wäre, wodurch zusätzliches Volumen innerhalb des Metallgehäuses für andere Zwecke, beispielsweise für eine größere Batterie, zur Verfügung gestellt werden kann. Solche Dimensionen können sich für die HF-Kommunikation in den drahtlosen Bluetooth-Protokollbändern, z. B. 2402 MHz bis 2480 MHz, als besonders gut geeignet erweisen.
  • Monopolangeregte Schlitzantennenantennen, die andere drahtlose Kommunikationsprotokolle unterstützen, können auch unter Verwendung der hierin beschriebenen Prinzipien entworfen werden. Zum Beispiel können die offenbarten Antennenarchitekturen so konfiguriert oder dimensioniert sein, dass sie zur Verwendung mit drahtlosen Netzwerken und Funktechnologien geeignet sind, wie beispielsweise mit Betreibern von drahtlosen Weitverkehrsnetzwerken (Wireless Wide Area Network, WWAN) (z. B. Mobilfunk) und/oder drahtlosen lokalen Netzwerken (Wireless Local Area Network, WLAN). Beispiele für solche drahtlosen Netzwerke und Funktechnologien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, LTE-Frequenzbänder (Long Term Evolution) oder andere zellulare Kommunikationsprotokollbänder, GPS (Global Positioning System) oderGNSS-Frequenzbänder (Global Navigation Satellite System), z. B. ANT™, 802.11 und ZigBee™, sowie Frequenzbänder, die anderen Kommunikationsstandards zugeordnet sind. Die Größe des HF-Strahlers, Lücken zwischen Komponenten und andere hier diskutierte Parameter können nach Bedarf eingestellt werden, um eine monopolangeregte Schlitzantenne wie hierin beschrieben zu erzeugen, die mit solchen anderen Frequenzbändern kompatibel ist.
  • In einigen Implementierungen umfassen Ausführungsformen Antennenkonfigurationen für biometrische Überwachungsvorrichtungen. Der Begriff „biometrische Überwachungsvorrichtung“ wird hier gemäß seiner breiten und gewöhnlichen Bedeutung verwendet und kann in verschiedenen Zusammenhängen hierin verwendet werden, um sich auf eine beliebige Art von biometrischen Trackingvorrichtungen, Vorrichtungen zur Überwachung des persönlichen Gesundheitszustands, tragbare Überwachungsvorrichtungen, tragbare biometrische Überwachungsvorrichtungen oder dergleichenzu beziehen. In einigen Ausführungsformen können biometrische Überwachungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung tragbare Vorrichtungen sein, die dafür ausgelegt sind, (z. B. kontinuierlich) von einer Person (d. h. „Benutzer“, „Träger“ usw.) getragen zu werden. Beim Tragen können solche biometrischen Überwachungsvorrichtungen so konfiguriert sein, dass sie Daten über Aktivitäten des Trägers oder über den physiologischen Zustand des Trägers erfassen. Solche Daten können Daten umfassen, die für die Umgebung um den Träger oder die Interaktion des Trägers mit der Umgebung repräsentativ sind. Zum Beispiel können die Daten Bewegungsdaten bezüglich der Bewegungen des Trägers, des Umgebungslichts, des Umgebungsgeräuschs, der Luftqualität usw. und/oder physiologischer Daten umfassen, die durch Messen verschiedener physiologischer Eigenschaften des Trägers, wie Herzfrequenz, Schweißwerte und dergleichen, erhalten werden.
  • In einigen Fällen kann eine biometrische Überwachungsvorrichtung andere Vorrichtungen außerhalb der biometrischen Überwachungsvorrichtung nutzen, beispielsweise einen externen Herzfrequenzmonitor in Form eines EKG-Sensors zum Erhalten von Herz-Kreislauf-Informationen oder es kann zum Beispiel ein GPS- oder GNSS-Empfänger in einem Smartphone verwendet werden, um Positionsdaten zu erhalten. In solchen Fällen kann die biometrische Überwachungsvorrichtung mit diesen externen Vorrichtungen über drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsverbindungen kommunizieren. Die hier offenbarten und diskutierten Konzepte können sowohl auf eigenständige biometrische Überwachungsvorrichtungen als auch auf biometrische Überwachungsvorrichtungen angewendet werden, die Sensoren oder Funktionen nutzen, die in externen Vorrichtungen bereitgestellt werden, z. B. externe Sensoren, Sensoren oder Funktionen, die von Smartphones usw. bereitgestellt werden.
  • Unter der Metallplatte befindet sich eine Batterie (nicht gezeigt). Die Batterie kann im Metallgehäuse befestigt werden, um ihre relative Position im Metallgehäuse beizubehalten. Zum Beispiel kann ein Abstandshalter verwendet werden, um eine Trennung zwischen der Batterie und dem Metallgehäuse aufrechtzuerhalten. Unterhalb der Batterie befindet sich eine Komponentenschicht auf einer Leiterplatte. Die Komponentenschicht kann Mikroprozessoren, Direktzugriffsspeicher (Random Access Memory, RAM), Nur-Lese-Speicher (Read Only Memory, ROM), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (Application Specific Integrated Circuit, ASICs), feldprogrammierbare Gate-Arrays (Field Programmable Gate Array, FPGAs), oberflächenmontierte Elemente, integrierte Schaltungen und dergleichen umfassen. Die Leiterplatte stellt elektrische Komponenten und Schaltkreise bereit, die elektrische Signale für die Vorrichtung leiten und interpretieren. Beispielsweise ist die Leiterplatte elektrisch mit den Anzeige- und Berührungsmodulen gekoppelt, um Berührungseingaben zu interpretieren und Bilder oder Informationen zur Anzeige bereitzustellen. Die Leiterplatte ist mit einem Antenneneinspeisungsclip gekoppelt, der elektrisch mit der Monopolantenne gekoppelt ist. Die Leiterplatte kann einen Grundflächenbereich umfassen, der eine Grundfläche für die Monopolantenne bildet. Die Leiterplatte kann einen Einspeisungsclipbereich umfassen, der keine anderen leitenden Elemente umfasst, als wenn der Antenneneinspeisungsclip auf der Leiterplatte montiert und elektrisch mit dieser gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Leiterplatte eine Leiterbahn umfassen, die den Grundflächenbereich elektrisch mit dem Einspeisungsclipbereich koppelt, wobei der Einspeisungsclip elektrisch mit der Leiterbahn im Einspeisungsclipbereich gekoppelt ist. Die Masseebene für die Monopolantenne kann durch einen großen metallisierten Bereich, leitende Bahnen in einer Leiterplatte (z. B. der PCB) oder eine flexible Leiterplatte, eine Metallplatte und/oder eine Oberfläche innerhalb des Metallgehäuses usw. bereitgestellt werden. Die Vorrichtung kann auch einen Vibrationsmotor umfassen, um eine haptische Rückmeldung zu geben oder die Vorrichtung auf andere Weise mechanisch zu vibrieren. Die Leiterplatte kann über eine oder mehrere Erdungsschrauben, die die Leiterplatte elektrisch mit dem Metallgehäuse koppeln, am Metallgehäuse geerdet werden. Zwischen der Batterie und der Komponentenschicht besteht ein dielektrischer Spalt (z. B. Luft oder Kunststoff oder eine Kombination aus Luft und Kunststoff), wodurch ein hinterer Hohlraum für die Schlitzantenne in einem geschlossenen Metallgehäuse entsteht. Der dielektrische Spalt kann in der Höhe variieren, muss jedoch die Isolation zwischen der Batterie und einer Komponente auf der Komponentenschicht sicherstellen.
  • Eine alternative Konfiguration umfasst eine Schlitzantenne, die direkt von der Leiterplatte gespeist wird, anstatt mit einer Monopolantenne gekoppelt zu sein, wobei die Leiterplatte über der Batterie angeordnet ist. Bei Vorrichtungen mit verjüngten Querschnitten kann dies die Größe der Batterie unerwünscht verringern. Eine andere alternative Konfiguration umfasst eine Schlitzantenne, die direkt von der Leiterplatte gespeist wird, anstatt mit einer Monopolantenne gekoppelt zu sein, wobei die Leiterplatte unter der Batterie angeordnet ist. Dies würde die Verwendung einer Zuleitung (z. B. eines Koaxialkabels) von der Leiterplatte zur Metallplatte oder zum Metallgehäuse in der Nähe der Metallplatte erfordern, um die Felder zwischen dem Metallgehäuse und der Metallplatte anzuregen. Die Verwendung eines Koaxialkabels erschwert die mechanische Implementierung und erhöht die Kosten der Vorrichtung. Darüber hinaus können die offenbarten Antennenarchitekturen so konfiguriert werden, dass sie ähnliche Leistungseigenschaften wie ein Design mit erhöhter Einspeisung unter Verwendung eines Koaxialkabels erzielen. Eine andere alternative Konfiguration umfasst eine Monopol- oder IFA-Antenne außerhalb des Metallgehäuses. Ein Nachteil dieser Konstruktion ist die Einführung zusätzlicher mechanischer Komplexität und zusätzlicher Schwierigkeiten bei der Erzielung einer Vorrichtung, die wasserdicht und/oder schwimmsicher ist. Die Antenneneinspeisung verbindet normalerweise die Leiterplatte im Metallgehäuse mit der Antenne außerhalb des Metallgehäuses. Dementsprechend können die offenbarten Antennenarchitekturen vollständig in dem Metallgehäuse untergebracht sein, um die Wasserbeständigkeit der Vorrichtung zu ermöglichen.
  • 7 zeigt einen beispielhaften Prozess 700 zum Implementieren und Verwenden eines gemeinsamen leitenden Elements, das gemäß einer Ausführungsform verwendet werden kann. Es sollte für diesen und andere hier diskutierte Prozesse verstanden werden, dass es zusätzliche, alternative oder weniger Schritte geben kann, die in ähnlicher oder alternativer Reihenfolge oder parallel im Rahmen der verschiedenen Ausführungsformen ausgeführt werden, sofern nicht anders angegeben. In diesem Beispiel sind eine Antennenanpassungsschaltung und eine EKG-Schaltung 702 mit mindestens einer gemeinsamen Elektrode, einem Antennenstrahler oder einem anderen solchen leitenden Element verbunden. Ein erster Betriebsfrequenzbereich wird für die Antennenanpassungsschaltung bestimmt 704, und ein zweiter Betriebsfrequenzbereich wird für die EKG-Schaltung bestimmt 706. Ein erstes Entkopplungselement (oder eine Schaltung usw.) kann ausgewählt werden 708, um zwischen der gemeinsamen Elektrode und der Antennenanpassungsschaltung platziert zu werden, um den zweiten Betriebsfrequenzbereich herauszufiltern. Ein zweites Entkopplungselement (oder eine zweite Schaltung usw.) kann ausgewählt werden 710, um zwischen der gemeinsamen Elektrode und der EKG-Schaltung platziert zu werden, um den ersten Betriebsfrequenzbereich herauszufiltern. Durch die Nutzung dieser unterschiedlichen Frequenzbereiche kann eine Entkopplungsschaltung oder ein Satz von Entkopplungselementen verwendet werden, um die interessierenden Frequenzbereiche für jede Schaltung auszuwählen, z. B. in Fällen, in denen sich unterschiedliche oder andere Schaltungen die Elektrode ebenfalls teilen. Sobald eine Entkopplung vorhanden ist, können die Antennenanpassungsschaltung und die EKG-Schaltung gleichzeitig betrieben werden 712. Die Antennenanpassungsschaltung kann dann aktiviert werden 714, um ein Signal zu senden und/oder ein Signal unter Verwendung der gemeinsam genutzten Elektrode im ersten Betriebsfrequenzbereich zu empfangen, und die EKG-Schaltung kann aktiviert werden, um Eingaben von der gemeinsam genutzten Elektrode im zweiten Betriebsfrequenzbereich mit minimalem Übersprechen zwischen den Frequenzbereichen über die Entkopplungsschaltung zu empfangen. Wie erwähnt, kann es eine unterschiedliche Anzahl von Elektroden oder Schaltungen geben, die im Rahmen der verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen geteilt werden können.
  • Wie erwähnt, können die verschiedenen Ausführungsformen als ein System implementiert werden, das eine oder mehrere Trackingvorrichtungen für einen gegebenen Benutzer umfasst. In einigen Fällen können Aspekte der Ausführungsformen als Dienst bereitgestellt werden, den Benutzer für ihre Vorrichtungen verwenden können. Andere Trackeranbieter können einen solchen Dienst auch für ihre Kunden abonnieren oder nutzen. In einigen Ausführungsformen kann eine Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) oder eine andere Schnittstelle verfügbar gemacht werden, die es ermöglicht, gesammelte Körperdaten und andere Informationen an den Dienst zu liefern, der die Informationen verarbeiten und die Ergebnisse an den Tracker oder die zugehörige Computervorrichtung zurücksenden kann, damit der Benutzer darauf zugreifen kann. In einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Verarbeitung auf der Tracking- oder Computervorrichtung selbst durchgeführt werden. Die Verarbeitung durch ein entferntes System oder einen entfernten Dienst kann jedoch eine robustere Verarbeitung ermöglichen, insbesondere für Trackingvorrichtungen mit begrenzter Kapazität oder V erarbei tungsfähigkei t.
  • In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das Gehäuse einer Vorrichtung 800, wie beispielsweise eines in 8A dargestellten Fitness-Trackers, einen Metallkörper umfassen, der mindestens einen Teil der Grenzen des Hohlraums 862 und einer Metallantenne in unmittelbarer Nähe des Hohlraums 862 bildet. Wie in der Ansicht 850 von 8B dargestellt, befindet sich die Antenne 852 über dem Metallkörper 864. Während viele interne Aspekte des Fitness-Trackers aus dieser Ansicht ausgelassen wurden, ist ein nichtmetallisches Material 854, wie beispielsweise ein Kunststoff, so dargestellt, dass es die Antenne 852 vom metallischen Körper 864 trennt. In einigen Fällen kann die Leistung der Antenne abnehmen, wenn Metallkörper innerhalb eines bestimmten Schwellenabstands oder einer bestimmten Zone von der Antenne 852 positioniert sind. Diese kann als „Sperrzone“ betrachtet werden, die für verschiedene Antennen unterschiedlich ist. Der Metallkörper 864 ist so positioniert und geformt, dass er sich außerhalb der Sperrzone der Antenne 852 befindet. Obwohl der Metallkörper 864 als metallisch beschrieben ist, kann in einigen Ausführungsformen dieser Aspekt des Gehäuses nicht metallisch sein, sondern aus einem Polymer, einem Kunststoff, einem Verbundwerkstoff oder einem anderen Material bestehen, das beispielsweise einen Teil des Gehäuses mit geeigneter Festigkeit und Steifigkeit bilden kann. Es wurde ferner entdeckt, dass, wenn ein Metallkörper in den Hohlraum 862 eingeführt und mit der Metalloberfläche des Hohlraums 862 in Kontakt gebracht wurde, der eingesetzte Metallkörper eine elektrische Masse für den Metallkörper 864 wurde, was dazu führte, dass sich der eingesetzte Metallkörper innerhalb der Sperrzone der Antenne 852 befand und die Leistung der Antenne 852 nachteilig beeinflusste. Es wurde jedoch festgestellt, dass wenn ein Metallkörper in den Hohlraum 862 eingeführt wurde und sich innerhalb der Sperrzone befand, aber keinen Kontakt mit den metallischen Oberflächen des Hohlraums 862 hatte, der eingeführte metallische Körper die Leistung der Antenne 852 nicht nachteilig beeinflusste. Dementsprechend sollen einige Ausführungsformen des hier offenbarten Bandverriegelungsmechanismus in den Hohlraum eingeführt werden, damit ein Armband mit dem Gehäuse verbunden werden kann, ohne dass ein metallischer Körper die metallischen Oberflächen des Hohlraums berührt, während dennoch eine angemessene Verbindung zum Gehäuse aufrechterhalten wird und eine ausreichende Robustheit, Elastizität und Festigkeit vorliegt. Weitere Einzelheiten zu einer solchen Implementierung finden sich in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung 15/820,928 , eingereicht am 22. November 2017, mit dem Titel „Band Latch Mechanism and Housing with Integrated Antenna“, die hiermit in ihrer Gesamtheit und für alle Zwecke aufgenommen wird.
  • 9 zeigt Komponenten eines beispielhaften Zyklusvorhersagesystems 900, das gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann. In diesem Beispiel umfasst die Vorrichtung mindestens einen Prozessor 902, wie beispielsweise eine Zentraleinheit (Central Processing Unit, CPU) oder eine Grafikverarbeitungseinheit (Graphics Processing Unit, GPU) zum Ausführen von Anweisungen, die in einer Speichervorrichtung 904 gespeichert werden können, die unter anderem Flash-Speicher oder DRAM umfassen kann. Wie Fachleuten ersichtlich ist, kann die Vorrichtung viele Arten von Speicher, Datenspeicher oder computerlesbaren Medien umfassen, wie beispielsweise Datenspeicherung für Programmanweisungen zur Ausführung durch einen Prozessor. Derselbe oder separate Speicher kann für Bilder oder Daten verwendet werden, ein Wechselspeicher kann zum Teilen von Informationen mit anderen Vorrichtungen verfügbar sein und eine beliebige Anzahl von Kommunikationsansätzen kann zum Teilen mit anderen Vorrichtungen verfügbar sein. Die Vorrichtung umfasst typischerweise eine Art von Anzeige 906, wie einen Touchscreen, eine organische Leuchtdiodenanzeige (Organic Light Emitting Diode, OLED) oder eine Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display, LCD), obwohl Vorrichtungen Informationen möglicherweise auf andere Weise, beispielsweise über Audio-Lautsprecher oder Projektoren, übertragen können.
  • Ein Tracker oder eine ähnliche Vorrichtung umfasst mindestens einen Bewegungserfassungssensor, der, wie dargestellt, mindestens ein E/A-Element 910 der Vorrichtung umfassen kann. Ein solcher Sensor kann die Ausrichtung und/oder Bewegung der Vorrichtung bestimmen und/oder erfassen. Ein solches Element kann beispielsweise einen Beschleunigungsmesser, einen Trägheitssensor, einen Höhenmesser oder ein Gyroskop umfassen, die zum Erfassen einer Bewegung (z. B. Drehbewegung, Winkelverschiebung, Neigung, Position, Orientierung, Bewegung entlang eines nichtlinearen Pfades etc.) der Vorrichtung ausgelegt sind. Ein orientierungsbestimmendes Element kann auch einen elektronischen oder digitalen Kompass umfassen, der eine Richtung (z. B. Nord oder Süd) angeben kann, in die die Vorrichtung zeigt (z. B. in Bezug auf eine Primärachse oder einen anderen solchen Aspekt). Eine Vorrichtung kann auch ein E/A-Element 910 zum Bestimmen eines Standorts der Vorrichtung (oder des Benutzers der Vorrichtung) umfassen. Ein solches Positionierungselement kann ein GPS oder ähnliche ortsbestimmende Elemente umfassen oder enthalten, die dafür ausgelegt sind, relative Koordinaten für eine Position der Vorrichtung zu bestimmen. Positionierungselemente können drahtlose Zugangspunkte, Basisstationen usw. umfassen, die entweder Standortinformationen senden oder die Triangulation von Signalen ermöglichen können, um den Standort der Vorrichtung zu bestimmen. Andere Positionierungselemente können QR-Codes, Barcodes, HFID-Tags, NFC-Tags usw. umfassen, die es der Vorrichtung ermöglichen, Standortinformationen oder Kennungen zu erfassen und zu empfangen, die es der Vorrichtung ermöglichen, die Standortinformationen (z. B. durch Zuordnen der Kennungen zu einem entsprechenden Ort) zu erhalten. Verschiedene Ausführungsformen können ein oder mehrere solcher Elemente in jeder geeigneten Kombination umfassen. Die E/A-Elemente können auch einen oder mehrere biometrische Sensoren, optische Sensoren, barometrische Sensoren (z. B. Höhenmesser usw.) und dergleichen umfassen.
  • Wie oben erwähnt, verwenden einige Ausführungsformen das Element (die Elemente), um den Ort und/oder die Bewegung eines Benutzers zu verfolgen. Nach dem Bestimmen einer Anfangsposition einer Vorrichtung (z. B. unter Verwendung von GPS) kann die Vorrichtung einiger Ausführungsformen den Ort der Vorrichtung unter Verwendung des Elements (der Elemente) oder in einigen Fällen unter Verwendung des einen oder der mehrerenAusrichtungsbestimmungselemente wie oben erwähnt oder einer Kombination davon verfolgen. Wie ersichtlich ist, können die Algorithmen oder Mechanismen, die zum Bestimmen einer Position und/oder Orientierung verwendet werden, zumindest teilweise von der Auswahl der Elemente abhängen, die der Vorrichtung zur Verfügung stehen. Die Beispielvorrichtung umfasst auch eine oder mehrere drahtlose Komponenten 912, die zur Kommunikation mit einer oder mehreren elektronischen Vorrichtungen innerhalb eines Kommunikationsbereichs des bestimmten drahtlosen Kanals betrieben werden können. Der drahtlose Kanal kann ein beliebiger geeigneter Kanal sein, über den Vorrichtungen drahtlos kommunizieren können, z. B. Bluetooth-, Mobilfunk-, NFC- oder Wi-Fi-Kanäle. Es versteht sich, dass die Vorrichtung eine oder mehrere herkömmliche drahtgebundene Kommunikationsverbindungen aufweisen kann, wie sie auf dem Fachgebiet bekannt sind. Die Vorrichtung umfasst auch eine oder mehrere Leistungskomponenten 908, wie beispielsweise eine Batterie, die zum Aufladen durch herkömmliche Einsteckansätze oder durch andere Ansätze wie induktives oder drahtloses Laden durch Nähe zu einer Leistungsmatte oder einer anderen Vorrichtung betrieben werden kann. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung mindestens eine zusätzliche Eingabe-/Ausgabevorrichtung 910 umfassen, die in der Lage ist, herkömmliche Eingaben von einem Benutzer zu empfangen. Diese herkömmliche Eingabe kann beispielsweise einen Druckknopf, ein Touchpad, einen Touchscreen, ein Rad, einen Joystick, eine Tastatur, eine Maus, ein Tastenfeld oder eine andere Vorrichtung oder ein anderes Element umfassen, mit dem ein Benutzer einen Befehl in die Vorrichtung eingeben kann. Diese E/A-Vorrichtungen könnten in einigen Ausführungsformen auch über drahtloses Infrarot oder Bluetooth oder eine andere Verbindung verbunden sein. Einige Vorrichtungen können auch ein Mikrofon oder ein anderes Audioerfassungselement umfassen, das Sprach- oder andere Audiobefehle akzeptiert. Beispielsweise umfasst eine Vorrichtung möglicherweise überhaupt keine Tasten, sondern kann nur über eine Kombination aus visuellen und akustischen Befehlen gesteuert werden, sodass ein Benutzer die Vorrichtung steuern kann, ohne mit der Vorrichtung in Kontakt sein zu müssen.
  • Wie erwähnt, umfassen viele Ausführungsformen mindestens eine Kombination von einem oder mehreren Sendern 916 und einem oder mehreren Detektoren 918 zum Messen von Daten für eine oder mehrere Metriken eines menschlichen Körpers, beispielsweise für eine Person, die die Trackervorrichtung trägt. In einigen Ausführungsformen kann dies mindestens ein Bildgebungselement umfassen, wie beispielsweise eine oder mehrere Kameras, die Bilder der Umgebung aufnehmen können und die einen Benutzer, Personen oder Objekte in der Nähe der Vorrichtung abbilden können. Das Bilderfassungselement kann jede geeignete Technologie umfassen, wie beispielsweise ein CCD-Bilderfassungselement mit einer ausreichenden Auflösung, einem ausreichenden Brennweitenbereich und einem ausreichenden sichtbaren Bereich, um ein Bild des Benutzers aufzunehmen, wenn der Benutzer die Vorrichtung bedient. Verfahren zum Erfassen von Bildern unter Verwendung eines Kameraelements mit einer Computervorrichtung sind auf dem Fachgebiet bekannt und werden hier nicht im Detail diskutiert. Es versteht sich, dass die Bilderfassung unter Verwendung eines einzelnen Bildes, mehrerer Bilder, periodischer Bildgebung, kontinuierlicher Bilderfassung, Bild-Streaming usw. durchgeführt werden kann. Ferner kann eine Vorrichtung die Fähigkeit umfassen, die Bilderfassung zu starten und/oder zu stoppen, beispielsweise wenn ein Befehl von einem Benutzer, einer Anwendung oder einer anderen Vorrichtung empfangen wird. Die beispielhafte Vorrichtung umfasst Sender 916 und Detektoren 918, die zum Erhalten anderer biometrischer Daten verwendet werden können, die mit hier diskutierten beispielhaften Schaltungen verwendet werden können.
  • Falls enthalten, kann eine Anzeige 906 eine Schnittstelle zum Anzeigen von Daten bereitstellen, wie beispielsweise Herzfrequenz (HR), EKG-Daten, Blutsauerstoffsättigungswerte (SpO2) und andere Metriken des Benutzers. In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein Armband und die Anzeige ist so konfiguriert, dass die Anzeige von der Außenseite des Handgelenks eines Benutzers weg zeigt, wenn der Benutzer die Vorrichtung trägt. In anderen Ausführungsformen kann die Anzeige ausgelassen werden und von der Vorrichtung erfasste Daten können unter Verwendung der drahtlosen Netzwerkschnittstelle über Nahfeldkommunikation (Near-Field Communication, NFC), Bluetooth, Wi-Fi oderAndere geeignete drahtlose Kommunikationsprotokolle über mindestens ein Netzwerk 920 an einen Host-Computer 922 zur Analyse, Anzeige, Berichterstattung oder anderen derartigen Verwendungen übertragen werden.
  • Der Speicher 904 kann RAM, ROM, FLASH-Speicher oder einen anderen nicht vorübergehenden digitalen Datenspeicher umfassen und kann ein Steuerprogramm umfassen, das Befehlssequenzen umfasst, die, wenn sie aus dem Speicher geladen und unter Verwendung des Prozessors 902 ausgeführt werden, den Prozessor 902 veranlassen, die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Die Sender 916 und Detektoren 918 können direkt oder indirekt unter Verwendung einer Treiberschaltung an einen Bus gekoppelt werden, durch den der Prozessor 902 die Lichtsender 916 ansteuern und Signale von den Lichtdetektoren 918 erhalten kann. Der Host-Computer 922 kommuniziert unter Verwendung einer beliebigen terrestrischen oder Satellitenverbindung mit den drahtlosen Netzwerkkomponenten 912 über ein oder mehrere Netzwerke 920, die ein oder mehrere lokale Netzwerke, Weitverkehrsnetzwerke und/oder das Internet umfassen können. In einigen Ausführungsformen führt der Host-Computer 922 Steuerprogramme und/oder Anwendungsprogramme aus, die konfiguriert sind, einige der hier beschriebenen Funktionen auszuführen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen können hierin diskutierte Ansätze durch eines oder mehrere der Folgenden ausgeführt werden: Firmware, die auf einer Überwachungs- oder Trackervorrichtung oder einer sekundären Vorrichtung arbeitet, wie einer mobilen Vorrichtung, die mit der Überwachungsvorrichtung, einem Server, einem Host-Computer und dergleichen gekoppelt ist. Zum Beispiel kann die Überwachungsvorrichtung Operationen ausführen, die sich auf das Erzeugen von Signalen beziehen, die hochgeladen oder auf andere Weise an einen Server übertragen werden, der Operationen zum Entfernen der Bewegungskomponenten und zum Erstellen eines endgültigen Schätzwerts für physiologische Metriken ausführt. Alternativ kann die Überwachungsvorrichtung Operationen ausführen, die sich auf das Erzeugen der Überwachungssignale und das Messen der Bewegungskomponenten beziehen, um einen endgültigen Schätzwert für physiologische Metriken zu erzeugen, die für die Überwachungsvorrichtung lokal sind. In diesem Fall kann die endgültige Schätzung auf einen Server wie einen Host-Computer hochgeladen oder auf andere Weise kommuniziert werden, der andere Vorgänge unter Verwendung der Schätzung ausführt.
  • Eine beispielhafte Überwachungs- oder Trackervorrichtung kann eine oder mehrere Arten von physiologischen und/oder Umgebungsdaten von einem oder mehreren Sensoren und/oder externen Vorrichtungen sammeln und diese Informationen zu anderen Vorrichtungen (z. B. Host-Computer oder ein anderer Server) senden oder an diese weiterleiten, wodurch die gesammelten Daten, beispielsweise unter Verwendung eines Webbrowsers oder einer netzwerkbasierten Anwendung, angezeigt werden können. Beispielsweise kann eine Trackervorrichtung, während sie vom Benutzer getragen wird, eine biometrische Überwachung durchführen, indem sie die Schrittzahl des Benutzers unter Verwendung eines oder mehrerer Sensoren berechnet und speichert. Die Trackervorrichtung kann Daten, die für die Schrittzahl des Benutzers repräsentativ sind, an ein Konto in einem Webdienst (z. B. www.fitbit.com), einem Computer, einem Mobiltelefon und/oder einer Gesundheitsstation übertragen, in der die Daten gespeichert, vom Benutzer verarbeitet und/oder visualisiert werden können. Die Trackervorrichtung kann zusätzlich oder anstelle der Schrittzahl des Benutzers andere physiologische Metriken messen oder berechnen. Solche physiologischen Metriken können Folgendes umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: Energieverbrauch, z. B. Kalorienverbrennung; herauf- und/oder heruntergekletterte Kletterwände; HR; Herzschlagwellenform; HR-Variabilität; HR-Erholung; Atmung, SpO2, Blutvolumen, Blutzucker, Hautfeuchtigkeit und Hautpigmentierungsgrad, Ort und/oder Kurs (z. B. über ein GPS, ein globales Navigationssatellitensystem (GLONASS) oder ein ähnliches System); Elevation; ambulante Geschwindigkeit und/oder zurückgelegte Strecke; Anzahl der Schwimmrunden; Schwimmhubtyp und erfasste Anzahl;Fahrradentfernung und/oder Geschwindigkeit; Blutzucker; Hautleitung; Haut- und/oder Körpertemperatur; Muskelzustand gemessen durch Elektromyographie; Gehirnaktivität gemessen durch Elektroenzephalographie; Gewicht; Körperfett; Kalorienaufnahme;Nahrungsaufnahme aus der Nahrung; Einnahme von Medikamenten; Schlafperioden (z. B. Uhrzeit, Schlafphasen, Schlafqualität und/oder -dauer); pH-Werte; Flüssigkeitszufuhr; Atemfrequenz; und/oder andere physiologische Metriken.
  • Eine beispielhafte Tracker- oder Überwachungsvorrichtung kann auch Metriken messen oder berechnen, die sich auf die Umgebung um den Benutzer beziehen (z. B. mit einem oder mehreren Umgebungssensoren), wie zum Beispiel Luftdruck, Wetterbedingungen (z. B. Temperatur, Feuchtigkeit, Pollenzahl, Luftqualität, Regen-/Schneebedingungen, Windgeschwindigkeit), Belichtung (z. B. Umgebungslicht, UV-Lichtexposition, Zeit und/oder Dauer in der Dunkelheit), Lärmbelastung, Strahlenexposition und/oder Magnetfeldexposition. Darüber hinaus kann eine Trackervorrichtung (und/oder der Host-Computer und/oder ein anderer Server) Daten von einem oder mehreren Sensoren der Vorrichtung sammeln und aus diesen Daten abgeleitete Metriken berechnen. Beispielsweise kann eine Trackervorrichtung den Stress- oder Entspannungsgrad des Benutzers basierend auf einer Kombination aus HR-Variabilität, Hautleitung, Lärmbelastung und/oder Schlafqualität berechnen. In einem anderen Beispiel kann eine Trackervorrichtung die Wirksamkeit einer medizinischen Intervention, beispielsweise einer Medikation, basierend auf einer Kombination von Daten in Bezug auf Medikamentenaufnahme, Schlaf und/oder Aktivität bestimmen. In einem weiteren Beispiel kann eine Trackervorrichtung die Wirksamkeit eines Allergiemedikaments anhand einer Kombination von Daten bestimmen, die sich auf Pollenwerte, Medikamenteneinnahme, Schlaf und/oder Aktivität beziehen. Diese Beispiele dienen nur zur Veranschaulichung und sollen nicht einschränkend oder erschöpfend sein.
  • Eine beispielhafte Überwachungsvorrichtung kann einen computerlesbaren Speichermedienleser, eine Kommunikationsvorrichtung (z. B. ein Modem, eine Netzwerkkarte (drahtlos oder verkabelt), eine Infrarot-Kommunikationsvorrichtung) und einen Arbeitsspeicher wie oben beschrieben umfassen. Der computerlesbare Speichermedienleser kann mit einem computerlesbaren Speichermedium, das entfernte, lokale, feste und/oder austauschbare Speichervorrichtungen darstellt, sowie mit einem Speichermedien zum vorübergehenden und/oder dauerhaften Enthalten, Speichern, Übertragen und Abrufen computerlesbarer Informationen verbunden werden oder für den Empfang derselben konfiguriert werden. Ein Überwachungssystem und verschiedene Vorrichtungen umfassen typischerweise auch eine Anzahl von Softwareanwendungen, Modulen, Diensten oder anderen Elementen, die sich in mindestens einer Arbeitsspeichervorrichtung, einschließlich eines Betriebssystems und Anwendungsprogrammen wie einer Clientanwendung oder einem Webbrowser befinden. Es versteht sich, dass alternative Ausführungsformen zahlreiche Abweichungen von der oben beschriebenen aufweisen können. Beispielsweise kann auch angepasste Hardware verwendet werden und/oder bestimmte Elemente können in Hardware, Software (einschließlich tragbarer Software wie Applets) oder beiden implementiert werden. Ferner kann eine Verbindung zu anderen Computervorrichtungen wie Netzwerkeingabe-/- ausgabevorrichtungen verwendet werden.
  • Speichermedien und andere nicht vorübergehende computerlesbare Medien zum Enthalten von Code oder Teilen von Code können alle geeigneten Medien umfassen, die auf dem Fachgebiet bekannt sind oder verwendet werden, wie z. B. ohne darauf beschränkt zu sein, flüchtige und nichtflüchtige, entfernbare und nicht entfernbare Medien, die in einem Verfahren oder einer Technologie zum Speichern von Informationen wie computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten implementiert werden, einschließlich RAM, ROM, EEPROM, Flash-Speicher oder anderer Speichertechnologie, CD-ROM, digitaler vielseitiger Festplatte (DVD) oder anderer optischer Speicher, Magnetkassetten, Magnetband, Magnetplattenspeicher oder anderer magnetischer Speichervorrichtungen oder eines anderen Mediums, das zum Speichern der gewünschten Informationen verwendet werden kann und auf das eine Systemvorrichtung zugreifen kann. Basierend auf den hierin bereitgestellten Offenbarungen und Lehren werden Fachleute andere Wege und/oder Verfahren zur Implementierung der verschiedenen Ausführungsformen schätzen.
  • Zusätzlich können Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Hinblick auf die folgenden Klauseln beschrieben werden:
    1. 1. Überwachungsvorrichtung, die Folgendes umfasst:
      • eine Kommunikationsschaltung zum Übertragen von Daten unter Verwendung mindestens eines drahtlosen Übertragungsprotokolls;
      • eine Elektrokardiogramm- (EKG) Schaltung zum Überwachen der Herzfrequenz eines Benutzers der Überwachungsvorrichtung;
      • ein leitendes Element in elektrischer Verbindung mit der Kommunikationsschaltung und der EKG-Schaltung, wobei das leitende Element als Antenne für die Kommunikationsschaltung und als Elektrode für die EKG-Schaltung fungiert;
      • ein erstes Entkopplungselement, das entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der Kommunikationsschaltung positioniert ist; wobei Signale eines ersten Frequenzbereichs vom leitenden Element von der Kommunikationsschaltung empfangen werden und wobei die Kommunikationsschaltung die EKG-Schaltung in einem zweiten Frequenzbereich nicht wesentlich belastet; und
      • ein zweites Entkopplungselement, das entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der EKG-Schaltung positioniert ist, wobei Signale des zweiten Frequenzbereichs vom leitenden Element von der EKG-Schaltungempfangen werden und wobei die EKG-Schaltung die Kommunikationsschaltung im ersten Frequenzbereich nicht wesentlich belastet.
    2. 2. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 1, wobei die Kommunikationsschaltung eine Antennenanpassungsschaltung umfasst, wobei das erste Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Antennenstrahler für die Kommunikationsschaltung fungieren kann, und wobei das erste Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Elektrode für die EKG-Schaltung fungieren kann.
    3. 3. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 2, wobei ein drittes Entkopplungselement entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der Systemmasse der Trackingvorrichtung positioniert ist; wobei das dritte Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Antennenstrahler für die Kommunikationsschaltung bei der ersten Frequenz fungieren kann und wobei das dritte Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element bei der zweiten Frequenz als Elektrode für die EKG-Schaltung fungieren kann.
    4. 4. Überwachungsvorrichtung, die Folgendes umfasst:
      • eine Kommunikationsschaltung zum Übertragen von Daten unter Verwendung mindestens eines drahtlosen Übertragungsprotokolls;
      • eine biometrische Schaltung zum Durchführen einer biometrischen Überwachung für einen Benutzer der Überwachungsvorrichtung;
      • ein leitendes Element in elektrischer Verbindung mit der Kommunikationsschaltung und der biometrischen Schaltung;
      • ein erstes Entkopplungselement, das entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der Kommunikationsschaltung positioniert ist und so ausgewählt ist, dass Signale eines ersten Frequenzbereichs vom leitenden Element von der Kommunikationsschaltung empfangen werden und so dass die Kommunikationsschaltung die biometrische Schaltung in einem zweiten Frequenzbereich nicht wesentlich belastet; und
      • ein zweites Entkopplungselement, das entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der ausgewählten biometrischen Schaltung positioniert ist, das so ausgewählt ist, dass Signale eines zweiten Frequenzbereichs vom leitenden Element von der biometrischen Schaltung empfangen werden und die biometrische Schaltung die Kommunikationsschaltung im ersten Frequenzbereich nicht wesentlich belastet.
    5. 5. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 4, wobei die Kommunikationsschaltung eine Antennenanpassungsschaltung umfasst, wobei das erste Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Antennenstrahler für die Kommunikationsschaltung fungieren kann, und wobei das erste Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Elektrode für die biometrische Schaltung fungieren kann.
    6. 6. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 5, die ferner ein drittes Entkopplungselement umfasst, das entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und einer elektrischen Masse der Überwachungsvorrichtung positioniert ist; wobei das dritte Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Antennenstrahler für die Kommunikationsschaltung bei dem ersten Frequenzbereich fungieren kann und wobei das dritte Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element im zweiten Frequenzbereich als Elektrode für die biometrische Schaltung fungieren kann.
    7. 7. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 6, wobei das erste Entkopplungselement ein Widerstand, ein Kondensator oder eine Induktivität ist.
    8. 8. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 6, wobei der erste Frequenzbereich über 600 MHz liegt.
    9. 9. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 6, wobei der Antennenstrahler eine Monopolantenne, eine Rahmenantenne, eine Schlitzantenne, eine invertierte F-Antenne (IFA), eine Ringantenne, eine parasitäre Antenne oder eine kapazitive Speiseantenne umfasst.
    10. 10. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 5, wobei die biometrische Schaltung eine Elektrokardiogramm- (EKG) Schaltung umfasst und wobei das zweite Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Elektrode für die EKG-Schaltung fungieren kann.
    11. 11. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 10, wobei das zweite Entkopplungselement ein Widerstand, ein Kondensator, eine Induktivität oder eine Ferritperle ist.
    12. 12. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 10, wobei der zweite Frequenzbereich von 0 Hz bis etwa 150 kHz reicht.
    13. 13. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 5, wobei eine Außenfläche der Überwachungsvorrichtung das leitende Element umfasst.
    14. 14. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 13, wobei mindestens ein Teil des leitenden Elements ein Metallgehäuse der Überwachungsvorrichtung ist, das mindestens die Kommunikationsschaltung oder die biometrische Schaltung umschließt.
    15. 15. Überwachungsvorrichtung zur Verwendung in einem Verfahren zum Betreiben, umfassend:
      • Erhalten eines kombinierten Signals an einem leitenden Element;
      • Entkoppeln des kombinierten Signals, um ein Kommunikationssignal an einem ersten Entkopplungselement zu erhalten, das entlang eines ersten elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der Kommunikationsschaltung positioniert ist; wobei das Kommunikationssignal einen ersten Frequenzbereich aufweist;
      • Übermitteln des Kommunikationssignals an die Kommunikationsschaltung;
      • Entkoppeln des kombinierten Signals, um ein biometrisches Signal an einem zweiten Entkopplungselement zu erhalten, das entlang eines zweiten elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der biometrischen Schaltung positioniert ist; wobei das biometrische Signal einen zweiten Frequenzbereich aufweist, der sich vom ersten Frequenzbereich unterscheidet; und
      • Übertragen des biometrischen Signals an die biometrische Schaltung.
    16. 16. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 15, wobei die Kommunikationsschaltung eine Antennenanpassungsschaltung umfasst, wobei das erste Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Antennenstrahler für die Kommunikationsschaltung bei der ersten Frequenz fungieren kann, und wobei das erste Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element im zweiten Frequenzbereich als Elektrode für die biometrische Schaltung fungieren kann.
    17. 17. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 15, wobei ein drittes Entkopplungselement entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der Systemmasse der Überwachungsvorrichtung positioniert ist, wobei das dritte Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Antennenstrahler für die Kommunikationsschaltung bei dem ersten Frequenzbereich fungieren kann und wobei das dritte Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element im zweiten Frequenzbereich als Elektrode für die biometrische Schaltung fungieren kann.
    18. 18. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 17, wobei der erste Frequenzbereich über 600 MHz liegt.
    19. 19. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 16, wobei die biometrische Schaltung eine Elektrokardiogramm- (EKG) Schaltung umfasst, und wobei das zweite Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Elektrode für die EKG-Schaltung im zweiten Frequenzbereich fungieren kann und wobei das zweite Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element im ersten Frequenzbereich als Antenne für die Kommunikationsschaltung fungieren kann.
    20. 20. Überwachungsvorrichtung nach Klausel 19, wobei das zweite Entkopplungselement ein Widerstand, ein Kondensator, eine Induktivität oder eine Ferritperle ist.
  • Die Spezifikation und die Zeichnungen sind dementsprechend eher veranschaulichend als einschränkend zu betrachten. Es wird jedoch offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne von dem in den Ansprüchen dargelegten breiteren Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 16/457337 [0001]
    • US 62/697844 [0001]
    • US 15/820928 [0039]

Claims (11)

  1. Überwachungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Kommunikationsschaltung zum Übertragen von Daten unter Verwendung mindestens eines drahtlosen Übertragungsprotokolls; eine Elektrokardiogramm- (EKG) Schaltung zum Überwachen der Herzfrequenz eines Benutzers der Überwachungsvorrichtung; ein leitendes Element in elektrischer Verbindung mit der Kommunikationsschaltung und der EKG-Schaltung, wobei das leitende Element als Antenne für die Kommunikationsschaltung und als Elektrode für die EKG-Schaltung fungiert; ein erstes Entkopplungselement, das entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der Kommunikationsschaltung positioniert ist; wobei Signale eines ersten Frequenzbereichs vom leitenden Element von der Kommunikationsschaltung empfangen werden und wobei die Kommunikationsschaltung die EKG-Schaltung in einem zweiten Frequenzbereich nicht wesentlich belastet; und ein zweites Entkopplungselement, das entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der EKG-Schaltung positioniert ist, wobei Signale des zweiten Frequenzbereichs vom leitenden Element von der EKG-Schaltungempfangen werden und wobei die EKG-Schaltung die Kommunikationsschaltung im ersten Frequenzbereich nicht wesentlich belastet.
  2. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationsschaltung eine Antennenanpassungsschaltung umfasst, wobei das erste Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Antennenstrahler für die Kommunikationsschaltung fungieren kann, und wobei das erste Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Elektrode für die EKG-Schaltung fungieren kann.
  3. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein drittes Entkopplungselement entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der Systemmasse der Trackingvorrichtung positioniert ist; wobei das dritte Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Antennenstrahler für die Kommunikationsschaltung bei der ersten Frequenz fungieren kann und wobei das dritte Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element bei der zweiten Frequenz als Elektrode für die EKG-Schaltung fungieren kann.
  4. Überwachungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Kommunikationsschaltung zum Übertragen von Daten unter Verwendung mindestens eines drahtlosen Übertragungsprotokolls; eine biometrische Schaltung zum Durchführen einer biometrischen Überwachung für einen Benutzer der Überwachungsvorrichtung; ein leitendes Element in elektrischer Verbindung mit der Kommunikationsschaltung und der biometrischen Schaltung; ein erstes Entkopplungselement, das entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der Kommunikationsschaltung positioniert ist und so ausgewählt ist, dass Signale eines ersten Frequenzbereichs vom leitenden Element von der Kommunikationsschaltung empfangen werden und so dass die Kommunikationsschaltung die biometrische Schaltung in einem zweiten Frequenzbereich nicht wesentlich belastet; und ein zweites Entkopplungselement, das entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und der ausgewählten biometrischen Schaltung positioniert ist, das so ausgewählt ist, dass Signale eines zweiten Frequenzbereichs vom leitenden Element von der biometrischen Schaltung empfangen werden und die biometrische Schaltung die Kommunikationsschaltung im ersten Frequenzbereich nicht wesentlich belastet.
  5. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kommunikationsschaltung eine Antennenanpassungsschaltung umfasst, wobei das erste Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Antennenstrahler für die Kommunikationsschaltung fungieren kann, und wobei das erste Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Elektrode für die biometrische Schaltung fungieren kann.
  6. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner ein drittes Entkopplungselement umfasst, das entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem leitenden Element und einer elektrischen Masse der Überwachungsvorrichtung positioniert ist; wobei das dritte Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Antennenstrahler für die Kommunikationsschaltung bei dem ersten Frequenzbereich fungieren kann und wobei das dritte Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element im zweiten Frequenzbereich als Elektrode für die biometrische Schaltung fungieren kann.
  7. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das erste Entkopplungselement ein Widerstand, ein Kondensator oder eine Induktivität ist.
  8. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der erste Frequenzbereich über 600 MHz liegt.
  9. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Antennenstrahler eine Monopolantenne, eine Rahmenantenne, eine Schlitzantenne, eine invertierte F-Antenne (IFA), eine Ringantenne, eine parasitäre Antenne oder eine kapazitive Speiseantenne umfasst.
  10. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die biometrische Schaltung eine Elektrokardiogramm- (EKG) Schaltung umfasst und wobei das zweite Entkopplungselement ausgewählt ist, damit das leitende Element als Elektrode für die EKG-Schaltung fungieren kann.
  11. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das zweite Entkopplungselement ein Widerstand, ein Kondensator, eine Induktivität oder eine Ferritperle ist.
DE212019000264.1U 2018-07-13 2019-06-28 Integrierte EKG-Elektrode und Antennenstrahler Active DE212019000264U1 (de)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862697844P 2018-07-13 2018-07-13
US62/697,844 2018-07-13
US16/457,337 2019-06-28
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