从罗姆（ROHM）看日企是如何做可穿戴用心率传感器的？

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日本企业在科技方面总是会时不时的冒出一些古灵精怪的想法，前不久日本研究员宣推出了一款可以通过测量心率来实施监测狗压力状态的传感器，可谓开心率传感器应用之先河。类似这样的应用在日本可谓不胜枚举，可以说，日企已经将传感器的应用创意发挥到了登峰造极的地步。而在中国，传感器的应用又是怎么样的呢？

在国内，传感器在我们生活中的应用越来越广泛，除了没有这种可以监测狗压力状态的奇葩应用之外，工厂、机械、医疗、车载以及通信领域，传感器的应用给人们带来更加舒适、安全与便利的生活。传感器的需求也在与日俱增，成为我们生产生活中不可或缺的一部分。

以我们生活中的应用为例，近年来比较火热的一项应用就是可穿戴设备 ，从刚开始的可穿戴设备单一的计步功能，到信息通知功能，睡眠功能，到自动识别运动功能，可穿戴设备的功能越来越多，这其中自然离不开工程师对于传感器更加成熟与完美的应用与掌握。

同时随着传感器功能的愈加丰富以及功耗的愈加降低，传感器也为可穿戴设备带来了新的发展方向。最近可穿戴设备应用比较热门的功能就是7×24小时的不间断的实时心率监控功能，那么日本企业是如何看待心率监测这一功能的呢？又是如何针对这一细分需求设计产品的呢？中国厂商想要发展传感器产品又有哪些值得借鉴的呢？下面就让我们从罗姆（ROHM）的传感器之路看看日本厂商的传感器思路吧！

ROHM半导体(上海)有限公司  设计中心 高级工程师　孙彬先生

为什么心率监测成为热门功能

心率是人体最重要的生命体征之一，通过大量事实验证，很多病症尤其是老年人病都跟心率有紧密的关联，也就是说当人出现一些大病尤其是慢性病跟老年病的时候，都会引起心率的变化与异常。

每个人的心率都会因年龄、性别及其他生理情况的不同而不同。及时同一个人在安静或睡眠时心率减慢，运动时或情绪激动时心率加快，在某些药物或神经体液因素的影响下，会使心率发生加快或减慢。影响心率变化的因素主要是即自身调节、体液调节、神经调节三大调节系统。

智能手环测量心率的意义则主要表现在三个方面。

1、运动方面，心率可以体现用户运动时身体的真实信息，如果心率太高运动太剧烈，用户的身体水分蒸发太快，那么这种运动对身体无益，如果只是轻度运动心率不够高，用户也就不可能燃烧足够卡路里。

2、疾病方面，通过监测静息心率是否在正常范围、日常活动中监测心脏停搏、心率异常增高等可起到及时预防疾病的作用，通过测量心率还可以监测脉搏波变化，从而可以分析脉率、血氧浓度，糖尿病患者的微循环外周血管状态等。

3、精神方面，通过监测到的心率变异性，可分析自主神经功能评估，如精神压力、紧张与放松程度以及睡眠质量等。

主流心率监测方案是什么

目前市场上可穿戴设备使用的主流心率监测方案是光电容积脉搏波描记法，简称PPG。基于物质对光的吸收原理。

当一定波长的光束照射到皮肤表面时，光束将通过透射或反射方式传送到光电接收器，在此过程中由于受到皮肤肌肉和血液吸收的衰减作用，检测器监测到光的强度将减弱。其中人体的皮肤、骨骼、肉、脂肪等对光的反射是固定值，而毛细血管和动静脉则在心脏的作用下随着脉搏容积不停变大变小。当心脏收缩时，外周血容量最多、光吸收量也最大，检测到的光强度最小；而在心脏舒张时，正好相反，检测到的光强度最大，使光接收器接收到的光强度随之呈脉动性变化。

“脉搏传感器整个模块包括两个部分。一个是绿色的LED的发射，右边是芯片的接收，主要利用的是绿光达到人体的血管之后进行散射回来检测的一个结果。人体心脏在收缩与舒张的过程当中，血管中的血流会发生体积变化，当你血流变多的时候，反射回来的绿光强度就会变小，血流变少的时候绿光强度就会变大，最终出现的就是一个脉冲的信号，通过脉冲的数量可以计算人体的脉搏数。” 罗姆（ROHM）半导体（上海）有限公司设计中心高级工程师孙彬先生在介绍传感器原理是表示。

ROHM半导体(上海)有限公司  设计中心 副所长 金东辉先生

罗姆（ROHM）是如何做心率传感器的

据孙彬先生介绍罗姆（ROHM）在传感器方面方面核心技术主要有以下几个方面：

续航是移动设备用户最关心的问题，在电池技术无法突破的今天，更好的实现每个器件的节能减耗，是延长续航的唯一行之有效的途径。比如说在设计智能手机的过程中，每个部件的功耗通常都是开发人员非常在意的一个环节。

为了解决这一问题，罗姆（ROHM）提出了“传感器的融合方案”。它是什么意思呢？具体来说，通常许多传感器都需要主芯片去频繁驱动它来工作，这样就会给主芯片带来相当一部分的负担，而主芯片的功耗是相当高的。罗姆（ROHM）采用了专门的低功耗传感器微控制器，把传感器的驱动工作从主芯片分离出来，进行单独的控制以及一些数据处理，这样可以减少数据的传输量，还可以有效的降低整体的功耗。

此外就是LSI AFE技术，AFE指的就是模拟前端，在传感器的模拟前端当中包括一些信号的采集，噪声的过滤，信号的放大，以及模拟信号转换成数字信号等等。据罗姆（ROHM）半导体（上海）有限公司设计中心高级工程师孙彬先生介绍，罗姆（ROHM）在这些电路的设计方面都有非常成熟的经验。

还有在封装技术方面，罗姆（ROHM）也拥有非常齐全的封装能力，在市场上比较流行的BGA、QFN、SOP等封装，甚至是世界上最小的芯片级封装CSP，罗姆（ROHM）都可以做到。

在通信技术技术方面，罗姆（ROHM）也一直致力于有线和无线通信，有线通信包括大家熟知的标准的协议（I2C和SPI等）。在无线通信方面，罗姆（ROHM）也推出了一些蓝牙通信芯片。

收购——强化自身优势

除了自身长期积累的技术之外，罗姆（ROHM）还不断透过收购来强化自身的技术。

罗姆（ROHM）公司目前的公司架构主要包括三家公司，除了罗姆（ROHM）半导体公司之外，还有Kionix公司和LAPIS公司。

“Kionix这家公司是2009年罗姆收购的一家美国的知名半导体企业，它拥有世界领先的一个电容式MEMS的开发技术，这其中有一个核心技术叫硅深度蚀刻技术。有一些主要的产品，比如加速度传感器、陀螺仪传感器以及一些组合的产品。LAPIS公司前身是日本的OKI半导体，是罗姆在2008年收购的，它的主要产品像低功耗的MCU、语音合成芯片、无线通讯模块等等。” 孙彬先生如是说。

推出新品，满足市场需求

为了满足市场不断变化的需求，罗姆（ROHM）近年来始终保持这良好的产品发布频率，以近期为例，罗姆（ROHM）面向运动手环和智能手表等可穿戴式设备领域，开发出测量脉搏信号的脉搏传感器“BH1790GLC”。

据了解，“BH1790GLC”利用了罗姆（ROHM）多年来积累的光传感器技术经验和独有的模拟电路技术优势，提高了传感器灵敏度。由此，即使LED的亮度较低也可准确感知脉搏，实现业界最小级别的低功耗。

另外，“BH1790GLC”采用脉搏传感器特有的光学滤光片结构，可高精度地检测脉搏信号。因此，不仅使可穿戴式设备的电池寿命更长，还将红外线的影响降低到以往产品的1/10以下，即使在剧烈运动和室外等红外线较强的环境下，也可获得高品质的脉搏信号，有助于推动可穿戴式设备的进一步发展。

此外，“BH1790GLC”采用低亮度、低VF电压的LED元件，可检测脉搏信号，不再需要以往所需的LED电源用DCDC电路。与以往产品相比可减少达30％的安装面积，有助于减轻设计负荷。

借鉴学习，中国传感器市场该如何发展?

日本始终把开发和利用传感器技术作为国家重点发展6大核心技术之一。日本科学技术厅制定的上世纪90年代重点科研项目中有70个重点课题，其中有18项是与传感器技术密切相关。

我国虽然早在20世纪60年代开始涉足传感器制造业，但是，我国在传感器发展方面的问题也日益突出。我国虽然传感器企业众多，但大都面向中低端领域，技术基础薄弱，研究水平不高。许多企业都是引用国外的芯片加工，自主研发的产品较少，自主创新能力薄弱，在高端领域几乎没有市场份额。此外，科研院所在传感器技术的研究方面已与国际接轨，但产业化瓶颈迟迟未能突破。

当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。在各种新兴科学技术呈辐射状广泛渗透的当今社会，作为现代科学“耳目”的传感器系统，作为人们快速获取、分析和利用有效信息的基础，必将进一步得到社会各界的普遍关注。中国传感器技术的发展不仅需要自身的不断努力，也需要彼此借鉴学习国外的优秀经验技术，才能更快的推动传感器市场的发展，实现互利共赢的良好局面！

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stary666

看看了

feixiang20

改观了啊