光學傳感器聚焦我們的福祉，闡明可以指導我們行為的可操作見解。“光學傳感很重要，因為它用途廣泛。我們將一些光線照射到我們想要分析的區域，光將與分析物相互作用，我們觀察光線如何變化，“Maxim的Ian Chen解釋道。“這是非常非侵入性的，也是非破壞性的。

Chen是該公司工業和醫療保健業務部門的執行董事，他解釋說，在光學傳感中，我們正在測量光路是如何變化的，檢查光強度、熒光的存在、干涉圖案和光的不同行為等因素。傳統的家用煙霧探測器是常見傳感系統的一個例子。這些探測器測量在光學室中遮擋光線的微粒，假設任何阻擋光線的東西都是煙霧。但它們容易出現誤報。另一方面，智能光學感應煙霧探測器將利用兩種顏色的光，因為光因顏色而異。當煙霧被露天捕獲時，使用光學傳感可提供更快的響應，并且由于探測器可以密封，因此這種方法也非常堅固。

在醫療保健應用中，光學心率監測涉及將光（通常是綠色LED）照射到人體組織中。然后檢查穿過或返回的光以確定該組織內發生了什么。當心臟搏動時，進入動脈的血液量會膨脹和收縮，從而改變吸收或反射的光量。當接收到光時，產生的信號與人類心跳成比例且同步。然而，挑戰在于皮膚不均勻;它的妝容因人而異。皮膚由多層組織組成，每層組織都有自己的反射和透射指數。因此，光學設計軟件將組織的CAD模型與收集的光學心率監測器數據集成在一起，以揭示見解。“傳感是關于我們如何從所有其他影響接收信號的東西中提煉出我們想要的信號。因此，這不僅僅是感知信號。我們需要了解生物學，“陳說。

這不僅僅是關于心跳

皮膚光學特性的差異將影響檢測到的光電容積描記圖（PPG）信號的大小和質量。PPG是一種光學獲得的體積描記圖，它提供體積測量，通常用于可穿戴設備中以監測生命體征。陳指出，設計人員還必須考慮諸如可穿戴設備的運動將如何影響接收信號，氣隙如何降低接收信號的強度，覆蓋信號的玻璃如何影響信號等因素。

脈搏中的信息比心跳多得多。如果你看一下信號的形狀，每個特征實際上都可以告訴我們額外的信息。使用光來詢問毛細血管是多維現象的一維表示。通過機器學習，我們可以查看脈搏的形狀，峰值的高度，峰值的潛伏期 - 所有這些信息都可以應用于了解有關患者的其他事情，“他向全體觀眾解釋道。

雖然皮膚的構成顯然不在設計師的控制范圍之內，但可以通過系統設計來控制的是豐富指數（PI）。PI是PPG信號的交流部分與其直流部分之間的比率。Chen解釋說，該設備的機械設計，就像可穿戴設備一樣，可以以某種方式最大化PI。例如，多個LED或多個光電探測器可以使可穿戴設備不易受到偶然運動的影響。與手表格式不同，貼片或入耳式設計也可以較少受到運動的影響。將機器學習應用于心率或PPG信號提供了一種了解和調整系統中噪聲的方法。

使用多個光學傳感器也是有益的。在評估光學傳感器時，Chen討論了IC應該解決的一些考慮因素。在發射路徑上，LED驅動器噪聲和線性度是設計關注的問題之一，因為LED電源信號中的任何噪聲都會影響LED信號強度。在接收路徑上，環境光消除、寬信號范圍和高信噪比非常重要。他說，Maxim的環境光消除功能值得注意，因為它采用了兩步法：

模擬粗略消除，在LED關閉時捕獲環境光水平，然后在對PPG信號進行采樣之前從光電探測器輸出中減去。為避免轉換器飽和，在采樣前去除粗大的直流信號。

數字精細消除，采樣時 LED 熄滅，消除殘余的 DC、AC 和 1/F 噪聲

Chen指出，光學傳感不斷發展，每一代產品的功耗都有所改善。反過來，更低的功耗支持傳感器融合等功能。“當我們研究傳感器融合時，有幾個想法可以提出。可穿戴傳感器可用于監測，比如心跳或血壓，或者它們可以用來為用戶提供一組連續的信息，“陳說，并指出這兩種用例都是有效的，但功耗曲線非常不同。

審核編輯：郭婷