下文所描述的實(shí)施例涉及對(duì)生物計(jì)量數(shù)據(jù)的測(cè)量。一些實(shí)施例涉及光體積描記傳感器。

背景技術(shù)：

最近消費(fèi)者對(duì)個(gè)人健康的關(guān)注已導(dǎo)致在市場(chǎng)上提供多種個(gè)人健康監(jiān)測(cè)裝置。直到最近，此類裝置趨向于使用起來(lái)為復(fù)雜的且通常經(jīng)設(shè)計(jì)以供與一種活動(dòng)一起使用，例如，自行車旅行計(jì)算機(jī)。

傳感器、電子器件及電源小型化中的最近進(jìn)展已允許以先前不實(shí)際的極小大小提供個(gè)人健康監(jiān)測(cè)裝置(本文中還稱為“生物計(jì)量追蹤”或“生物計(jì)量監(jiān)測(cè)”裝置)的大小。舉例來(lái)說(shuō)，樂(lè)活公司(fitbit,inc.)生產(chǎn)可具有若干個(gè)特征及元件(例如顯示器、電池、傳感器、無(wú)線通信能力、電源及接口按鈕)以及用于將這些裝置附接到口袋或衣服的其它部分或者附接到穿戴者的身體部分(封裝于小體積內(nèi))的機(jī)構(gòu)的若干種生物計(jì)量追蹤裝置。

這些裝置使用多種傳感器來(lái)收集、處理及顯示各種各樣的數(shù)據(jù)。用于一些生物計(jì)量追蹤裝置中的一種類型的傳感器為心率傳感器。這些心率傳感器通常通過(guò)將光發(fā)射到用戶的皮膚中且接著在所發(fā)射光與用戶的皮膚相互作用之后測(cè)量往回反射或漫射的光而操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一些實(shí)施例涉及一種用以移除信號(hào)的對(duì)應(yīng)于周圍光的分量的裝置、方法及/或存儲(chǔ)處理器可執(zhí)行過(guò)程步驟的計(jì)算機(jī)可讀媒體。此類實(shí)施例可包含：捕獲第一所檢測(cè)光信號(hào)，所述第一所檢測(cè)光信號(hào)表示第一時(shí)間的周圍光；致使光發(fā)射器產(chǎn)生以第一等級(jí)驅(qū)動(dòng)的源光信號(hào)；捕獲第二所檢測(cè)光信號(hào)，所述第二所檢測(cè)光信號(hào)表示在與用戶的組織相互作用之后的所述源光信號(hào)加上所述第一所檢測(cè)光信號(hào)；基于由所述第一所檢測(cè)光信號(hào)調(diào)整的所述第二所檢測(cè)光信號(hào)而產(chǎn)生第一輸出信號(hào)；致使所述光發(fā)射器產(chǎn)生以第二等級(jí)驅(qū)動(dòng)的源光信號(hào)；捕獲第三所檢測(cè)光信號(hào)，所述第三所檢測(cè)光信號(hào)表示在與所述用戶的皮膚相互作用之后的以所述第二等級(jí)驅(qū)動(dòng)的所述源光信號(hào)加上所述第一所檢測(cè)光信號(hào)；及基于由所述第一所檢測(cè)光信號(hào)調(diào)整的所述第三所檢測(cè)光信號(hào)而產(chǎn)生第二輸出信號(hào)。

在一些實(shí)施例中，所述光發(fā)射器經(jīng)操作以捕獲第四所檢測(cè)光信號(hào)，所述第四所檢測(cè)光信號(hào)表示在與所述用戶皮膚相互作用之后的以所述第一等級(jí)驅(qū)動(dòng)的所述源光信號(hào)加上所述第一所檢測(cè)光信號(hào)，且基于由所述第一所檢測(cè)光信號(hào)調(diào)整的所述第四所檢測(cè)光信號(hào)而產(chǎn)生第三輸出信號(hào)。依照一些實(shí)施例，所述第一所檢測(cè)光信號(hào)通過(guò)激活光檢測(cè)器而檢測(cè)。

依照一些實(shí)施例，所述輸出信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式且提供到處理器以用于進(jìn)一步處理。

如本文中所描述的實(shí)施例提供若干個(gè)優(yōu)點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，實(shí)施例提供將以比現(xiàn)有方法基本上低的電力消耗進(jìn)行的準(zhǔn)確光學(xué)心率測(cè)量。此外，實(shí)施例提供電路板空間需求及組件成本上的大量節(jié)省，從而允許此類實(shí)施例在電池供電的小外觀尺寸裝置中的使用。其它優(yōu)點(diǎn)包含經(jīng)改進(jìn)信噪比(snr)及用于拒斥周圍光源(例如日光)的經(jīng)增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍。

通過(guò)參考以下詳細(xì)描述及所附圖式可獲得對(duì)一些實(shí)施例的較完整理解。

附圖說(shuō)明

依據(jù)對(duì)如附圖中所圖解說(shuō)明的以下說(shuō)明書的考量，將易于明了實(shí)施例的構(gòu)造及使用，在附圖中相似參考編號(hào)指定相似部件且其中：

圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的裝置的俯視透視圖；

圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的裝置的仰視透視圖；

圖3是根據(jù)一些實(shí)施例的裝置的框圖；

圖4是依照一些實(shí)施例的傳感器的框圖；

圖5是依照一些實(shí)施例的傳感器的電路的實(shí)例性示意圖；

圖6是依照一些實(shí)施例的傳感器的電路的實(shí)例性示意圖；

圖7是依照一些實(shí)施例的圖解說(shuō)明與圖3到5的電路相關(guān)聯(lián)的特定信號(hào)的相對(duì)時(shí)序及量值的圖式；

圖8是依照一些實(shí)施例的圖解說(shuō)明與圖3到5的電路相關(guān)聯(lián)的特定信號(hào)的相對(duì)時(shí)序及量值的圖式；

圖9是依照一些實(shí)施例的圖解說(shuō)明與圖3到5的電路相關(guān)聯(lián)的特定信號(hào)的相對(duì)時(shí)序及量值的圖式；

圖10是根據(jù)一些實(shí)施例的過(guò)程的流程圖；

圖11是根據(jù)一些實(shí)施例的過(guò)程的流程圖；且

圖12是根據(jù)一些實(shí)施例的過(guò)程的流程圖。

具體實(shí)施方式

提供以下描述以使得所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠做出并使用所描述實(shí)施例。然而，各種修改將保持為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所易于明了?，F(xiàn)在將參考附圖描述特定實(shí)例以便提供對(duì)各種特征的介紹。實(shí)施例不限于此實(shí)例的特征或描述。

如上文所論述，若干種生物計(jì)量監(jiān)測(cè)裝置由消費(fèi)者、健康護(hù)理專業(yè)人員及希望收集并監(jiān)測(cè)生物計(jì)量信息的其它人使用。在圖1中展示此生物計(jì)量監(jiān)測(cè)裝置100的實(shí)例。根據(jù)所圖解說(shuō)明實(shí)施例，裝置100可穿戴于用戶的手腕上。裝置100包含顯示器140，所述顯示器可包括任何適合類型的顯示屏且可基于生物計(jì)量及由裝置100檢測(cè)、收集、監(jiān)測(cè)或以其它方式產(chǎn)生的其它數(shù)據(jù)而顯示圖形指示符。裝置100可包含一或多個(gè)按鈕180，所述一或多個(gè)按鈕可由用戶操縱以提供到裝置100的輸入。顯示器140還可并入有一或多個(gè)輸入裝置(例如觸摸屏)。帶190可纏繞在手腕上且可使用一或多個(gè)固定元件195(例如，鉤與環(huán)、扣鉤、形狀記憶元件、磁體)固定。裝置100的形狀及配置是可在其內(nèi)部署本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)實(shí)例性配置。本文中所陳述的光體積描記傳感器系統(tǒng)及方法可以合意結(jié)果用于具有各種各樣的形狀及配置的裝置中，且圖1及圖2中所圖解說(shuō)明的形狀及配置是出于說(shuō)明性目的。

圖2是裝置100的仰視圖，其展示傳感器組件210及電力接口220。傳感器組件210可包含受益于與用戶的皮膚緊密接近及/或接觸的傳感器。此類傳感器可包含光體積描記傳感器(例如，心率、脈搏血氧計(jì)等等)、濕度、溫度及/或電容觸摸傳感器(例如，用以檢測(cè)裝置何時(shí)被穿戴)。電力接口220可與對(duì)接站或其它電源介接以接收電荷以用于對(duì)定位于裝置100內(nèi)的電池進(jìn)行充電。雖然為簡(jiǎn)單起見(jiàn)而展示單個(gè)傳感器組件210，但可提供多個(gè)傳感器組件。此外，盡管在圖2中將傳感器組件210圖解說(shuō)明為從裝置100稍微突出，但其它實(shí)施例可在不使用明顯突出的情況下將傳感器放置為接近于用戶。

本文中將進(jìn)一步詳細(xì)地描述特定類別或類型的傳感器—“ppg”或“光體積描記”傳感器的特征。ppg傳感器(例如心率監(jiān)測(cè)器或脈搏血氧計(jì))使用基于光的技術(shù)來(lái)感測(cè)如由心臟的泵送動(dòng)作控制的脈動(dòng)血流。ppg傳感器可用于測(cè)量用戶的心率、血氧合及其它生物計(jì)量參數(shù)。在圖1及圖2中所展示的裝置100中，傳感器組件210可遮蔽或相關(guān)聯(lián)于一或多個(gè)光源(例如，發(fā)光二極管或“l(fā)ed”)及光檢測(cè)器以及對(duì)應(yīng)控制電路(例如，如下文進(jìn)一步所描述)。在一些情形中，可使用光管來(lái)將光源或檢測(cè)器與用戶的皮膚的表面光學(xué)連接。在皮膚下面，來(lái)自光源的光散射于身體中的血液中，所述光中的一些光可往回散射或反射到定位于傳感器組件210后面的光電檢測(cè)器中。在一些實(shí)施例中，如本文中將進(jìn)一步描述，傳感器組件210可經(jīng)定形狀及形成以改進(jìn)傳感器的操作。舉例來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，傳感器組件210可利用透光結(jié)構(gòu)來(lái)改進(jìn)ppg傳感器的性能。舉例來(lái)說(shuō)，透光結(jié)構(gòu)可包含由不透明材料組成的掩模，所述掩模限制光源及/或檢測(cè)器中的一者、一些或全部的孔徑。以此方式，透光結(jié)構(gòu)可選擇性地界定或控制用戶的身體的光被發(fā)射到其中及/或從其檢測(cè)到的優(yōu)先體積。

圖3是根據(jù)一些實(shí)施例的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)300的框圖。依照一些實(shí)施例，系統(tǒng)300可經(jīng)操作以控制對(duì)生物計(jì)量數(shù)據(jù)的收集及使用。在一些情形中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)300可實(shí)施圖1中所展示的裝置100的內(nèi)部特征。

如圖3所展示，系統(tǒng)300包含一或多個(gè)處理單元310(例如，硬件元件(例如處理器核心及/或處理線程)、離散或集成邏輯及/或一或多個(gè)狀態(tài)機(jī)及/或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(或者其組合))。在一些情形中，一或多個(gè)處理單元310經(jīng)配置以執(zhí)行處理器可執(zhí)行程序代碼以致使裝置300如本文中所描述而操作，且存儲(chǔ)器320用于存儲(chǔ)程序代碼及任何其它適合數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器320可包括安裝于對(duì)應(yīng)接口(例如，usb端口)中的一或多個(gè)固定磁盤、固態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器及/或可裝卸媒體(例如，拇指驅(qū)動(dòng)器)。

顯示接口330提供與顯示器340的通信，所述顯示器可包括用于對(duì)已知或變得已知的信息的視覺(jué)呈現(xiàn)的任何系統(tǒng)。根據(jù)一些實(shí)施例，顯示器340可包括用于將用戶輸入接收到系統(tǒng)300中的觸摸屏。圖1中所展示的顯示器140是顯示器340的實(shí)例。

一或多個(gè)處理單元310可執(zhí)行存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器320中的處理器可執(zhí)行程序代碼以致使系統(tǒng)300處理傳感器數(shù)據(jù)、控制傳感器及相關(guān)組件的操作且如本文中所論述而執(zhí)行操作。根據(jù)一些實(shí)施例，系統(tǒng)300包括集成裝置，例如但不限于可穿戴單元(例如，圍繞用戶的手腕(例如圖1及2中所展示的裝置100)、圍繞用戶的頸部等等)或另一便攜式單元(例如，智能電話、專用音樂(lè)播放器、鑰匙墜(fob))。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)300的元件可體現(xiàn)于單獨(dú)裝置(例如包含元件310、320及330的服務(wù)器裝置(例如，桌上型計(jì)算機(jī))以及包含顯示器340的終端裝置(例如，手表))中。系統(tǒng)300可執(zhí)行除本文中歸于此的功能之外的功能且可包含其操作所必需的任何元件。

系統(tǒng)300的一些實(shí)施例包含具有適于耦合到用戶的身體的物理大小及形狀的便攜式監(jiān)測(cè)裝置，此允許用戶執(zhí)行常見(jiàn)或典型用戶活動(dòng)(舉例來(lái)說(shuō)，包含所有種類及類型的運(yùn)動(dòng))而不妨礙用戶執(zhí)行此類活動(dòng)。此裝置的實(shí)例是圖1的裝置100。便攜式監(jiān)測(cè)裝置可包含在此類常見(jiàn)或典型用戶活動(dòng)期間促進(jìn)將所述裝置耦合或貼附到用戶的機(jī)構(gòu)(舉例來(lái)說(shuō)，夾具、綁帶及/或系帶)。

系統(tǒng)300進(jìn)一步包含用于與一或多個(gè)傳感器360交換數(shù)據(jù)的一或多個(gè)傳感器接口350。傳感器360可包括用于獲取包含生物計(jì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的任何傳感器。傳感器360的實(shí)例包含但不限于加速度計(jì)、光傳感器、羅盤、開(kāi)關(guān)、計(jì)步器、血氧傳感器、陀螺儀、磁力計(jì)、全球定位系統(tǒng)裝置、接近傳感器、測(cè)高儀及心率傳感器。傳感器360中的一或多者可共享共用硬件及/或軟件組件。

如圖3中所展示，根據(jù)一些實(shí)施例，用戶370經(jīng)圖示以指示用戶370影響由一或多個(gè)傳感器360中的一或多者獲取的數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，一或多個(gè)傳感器360可基于用戶370的物理活動(dòng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)。此外，傳感器360中的一或多者可經(jīng)由與用戶的直接接觸(舉例來(lái)說(shuō)，在心率、皮膚溫度及/或血氧監(jiān)測(cè)期間)產(chǎn)生數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在參考圖4，其中展示可用作圖3中的裝置300的多個(gè)傳感器360中的一者的光學(xué)心率傳感器400的框圖。雖然相對(duì)于光學(xué)心率傳感器論述圖4，但將了解，其它實(shí)施例可涉及其它類型的光體積描記傳感器。如圖4中所展示，傳感器400包含朝向用戶的皮膚發(fā)射光的一或多個(gè)光源410，且其中此光從用戶的皮膚/內(nèi)部組織的反射及/或漫射由一或多個(gè)光檢測(cè)器420感測(cè)，來(lái)自所述一或多個(gè)光檢測(cè)器的信號(hào)隨后由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(“adc”)408數(shù)字化。光源410的強(qiáng)度可經(jīng)修改(例如，通過(guò)光源控制模塊412)以維持所要光信號(hào)強(qiáng)度。舉例來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，光源410可經(jīng)控制以將光源410放置于一個(gè)或數(shù)個(gè)操作模式中，包含關(guān)斷操作模式(其中光源410禁用)、第一操作模式(其中光源410以低操作等級(jí)發(fā)射光)及第二操作模式(其中光源410以較高操作等級(jí)發(fā)射光)。在一些實(shí)施例中，高操作等級(jí)大約為低操作等級(jí)的五倍高，但兩個(gè)等級(jí)之間的比率可經(jīng)選擇使得所述比率不如此低以致浪費(fèi)放大器430的動(dòng)態(tài)范圍且也不如此大以致冒接近供應(yīng)電平電壓的風(fēng)險(xiǎn)(此可導(dǎo)致關(guān)于安定(settling)及噪聲的問(wèn)題)。下文更詳細(xì)地論述這些操作模式。此外，將了解，光源控制模塊412及微控制器(“mcu”)402也可以其它操作模式控制光源410。

光源控制模塊412可由mcu402控制。如所展示，adc408可形成或配置為mcu402的部分；然而，此配置僅出于說(shuō)明性目的。其它可能實(shí)施方案包含使用實(shí)施為mcu的一部分或從所述mcu分離的一或多個(gè)內(nèi)部或外部adc或者其它組件。由于mcu402從第一級(jí)(放大器430)及第二級(jí)(增益級(jí)440)獲得數(shù)據(jù)，因此mcu402可經(jīng)配置以在較高增益與較低增益之間進(jìn)行切換(例如，以適應(yīng)寬廣范圍的皮膚色調(diào)等等)。此外，在一些操作條件中，mcu402可在處于低增益操作模式中時(shí)有效地(或?qū)嶋H上)致使第二級(jí)440被斷電或置于低電力狀態(tài)中。mcu402可基于從第一及第二級(jí)(430、440)接收的操作信息而適應(yīng)性地控制光源412的操作，從而允許各種各樣的操作控制。

依照一些實(shí)施例，所檢測(cè)光信號(hào)(由光檢測(cè)器420獲得)使用低增益放大器430后續(xù)接著第二增益級(jí)440來(lái)處理。兩個(gè)級(jí)的輸出可由mcu402監(jiān)測(cè)以提供適合于寬廣范圍的用戶的寬廣范圍的增益。當(dāng)?shù)诙?jí)在使用中時(shí)(如本文中進(jìn)一步所描述)，監(jiān)測(cè)第一級(jí)可提供用于調(diào)諧光源410的有價(jià)值信息。

現(xiàn)在將參考圖5描述放大器430及增益級(jí)440的特征，其中展示電路500的實(shí)例性示意圖。如所描繪，低增益放大器530具有耦合到電容器540的輸出，所述電容器可選擇性地耦合到開(kāi)關(guān)542。當(dāng)開(kāi)關(guān)542處于閉合位置中時(shí)，放大器530(本文中還稱為“第一級(jí)”)對(duì)周圍信號(hào)進(jìn)行取樣作為跨越電容器540的電壓。當(dāng)開(kāi)關(guān)542斷開(kāi)時(shí)，表示周圍信號(hào)的電壓由電容器540存儲(chǔ)。在操作中，將對(duì)開(kāi)關(guān)542的控制連同對(duì)光源410的控制一起執(zhí)行以提供其中在開(kāi)關(guān)542閉合時(shí)對(duì)周圍信號(hào)進(jìn)行取樣作為跨越電容器540的電壓的操作序列。接著，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)542且激活或啟用光源410。此致使所反射光由光檢測(cè)器420檢測(cè)，所述光檢測(cè)器將經(jīng)改變輸入提供到放大器430，從而導(dǎo)致放大器550的非反相輸入處的v1的對(duì)應(yīng)改變。特定來(lái)說(shuō)，依照一些實(shí)施例，放大器550的非反相輸入表示與由光檢測(cè)器420檢測(cè)到的信號(hào)減去存儲(chǔ)或凍結(jié)到電容器540中(從開(kāi)關(guān)542閉合時(shí)開(kāi)始且在激活光源410之前)的周圍信號(hào)相關(guān)聯(lián)的電壓變化。增益級(jí)440(例如，放大器550及反饋552)提供額外增益以提供表示所取樣ppg信號(hào)的輸出信號(hào)(vout)，將所述輸出信號(hào)(vout)提供到adc408以用于進(jìn)一步處理。在一些實(shí)施例中，光源410的操作序列可包含操作光源410以在低(非零)等級(jí)下發(fā)射光以用于周圍取樣。

在圖6中展示具有光電二極管620及電壓源634的電路500的配置的一個(gè)說(shuō)明性實(shí)例，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，還可提供其它配置。在如所描繪的配置中，提供反饋電阻器636(例如，以基于反饋電阻器636的電阻提供放大器532的增益)?？膳c反饋電阻器636并聯(lián)地提供反饋電容器638以提供經(jīng)改進(jìn)安定時(shí)間及穩(wěn)定性。光電二極管620展示為光檢測(cè)器且經(jīng)配置以在放大器532的總和點(diǎn)處提供電流路徑。電壓源634經(jīng)配置以將已知且穩(wěn)定電壓(舉例來(lái)說(shuō)，例如0.1v到0.2v，但所述值可經(jīng)調(diào)整以補(bǔ)償給定實(shí)施方案中的預(yù)期信號(hào)量值)提供到放大器532的非反相輸入。在一些實(shí)施例中，電壓源634是使用肖特基(schottky)二極管620而非電壓參考電路來(lái)配置。如上文所描述，一些實(shí)施例利用低增益放大器532來(lái)實(shí)現(xiàn)合意結(jié)果，例如用于拒斥強(qiáng)周圍光源的較高動(dòng)態(tài)范圍。因此，反饋電阻器636的值經(jīng)選擇以配置放大器532，使得所述放大器具有低增益。對(duì)電壓源634的使用將非零參考電壓提供到放大器532以防止在接近供應(yīng)電壓電平的信號(hào)電平下的長(zhǎng)安定時(shí)間(此針對(duì)處于低光情景中的一些實(shí)施例可為有用的)。在一些實(shí)施例中，可期望將放大器532輸出(在vtia處)逆向驅(qū)動(dòng)到參考電壓，或者在放大器532關(guān)斷時(shí)將光電二極管箝位到零或反向偏置狀態(tài)以便減少放大器的初始安定時(shí)間。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)將放大器532的輸出耦合到adc408(如圖4中所展示)的輸入而實(shí)現(xiàn)此參考電壓逆向驅(qū)動(dòng)。此外，在一些實(shí)施例中，可在放大器532的輸出處提供抗混疊濾波器。在一些實(shí)施例中，經(jīng)選擇以在adc408的取樣頻率附近操作的簡(jiǎn)單電阻器/電容器濾波器可為優(yōu)選的。

現(xiàn)在將參考圖7描述對(duì)圖5的電路的操作的控制及排序，圖7展示與圖5的電路相關(guān)聯(lián)的特定信號(hào)的相對(duì)時(shí)序及說(shuō)明性數(shù)量級(jí)。舉例來(lái)說(shuō)，圖5展示來(lái)自放大器530的電壓(vtia)、開(kāi)關(guān)542的狀態(tài)(斷開(kāi)或閉合)、光源410的狀態(tài)(接通或關(guān)斷)、放大器550的非反相輸入處的電壓(v1)及放大器550的輸出(vout)。下文還將連同圖8及9一起描述類似信號(hào)。

在圖7的圖式中展示三個(gè)主要時(shí)間事件(時(shí)間t0、t1及t2)且描繪對(duì)電路500進(jìn)行控制以執(zhí)行基本周圍信號(hào)減法運(yùn)算。時(shí)間t0表示其中對(duì)周圍信號(hào)進(jìn)行取樣作為跨越電容器540的電壓(在開(kāi)關(guān)542閉合時(shí))的時(shí)間。開(kāi)關(guān)542接著斷開(kāi)以將周圍信號(hào)凍結(jié)或存儲(chǔ)于電容器540中。時(shí)間t1表示其中激活或啟用光源410的時(shí)間，且時(shí)間t2表示其中對(duì)第二級(jí)440的輸出進(jìn)行取樣(例如，對(duì)ppg輸出信號(hào)進(jìn)行取樣且提供到adc408以用于進(jìn)一步處理)的時(shí)間。在圖7中還值得注意的是與放大器430的操作相關(guān)聯(lián)的事件，包含其中激活放大器430的事件702及其中將放大器430及光源410去激活的事件704。在圖8到9中展示類似事件。舉例來(lái)說(shuō)，與圖7(及圖8到9)中所描述的信號(hào)相關(guān)聯(lián)的控制事件可由連同圖4一起被描述的mcu402控制。舉例來(lái)說(shuō)，提供到mcu402的信號(hào)v1及/或vout可由adc408在t2處且在一些實(shí)施例中在t1處數(shù)字化。

現(xiàn)在參考圖8，其中展示另一圖式，所述另一圖式描繪圖5的電路500的用以執(zhí)行差分過(guò)取樣以產(chǎn)生過(guò)取樣ppg輸出信號(hào)的操作。在圖8的圖式中展示數(shù)個(gè)主要時(shí)間事件，包含時(shí)間t0、t1、t2及t3。時(shí)間t0表示其中對(duì)周圍信號(hào)進(jìn)行取樣作為跨越電容器540的電壓(在開(kāi)關(guān)542閉合時(shí))的時(shí)間。開(kāi)關(guān)542接著斷開(kāi)以將周圍信號(hào)凍結(jié)或存儲(chǔ)于電容器540中。時(shí)間t1表示其中以第一操作等級(jí)(例如，以低等級(jí))激活或啟用光源410的時(shí)間。時(shí)間t2表示其中由adc對(duì)周圍信號(hào)減去后的經(jīng)反射光信號(hào)(由光檢測(cè)器420檢測(cè)且提供到放大器430的輸入)進(jìn)行取樣一或多次的時(shí)間。時(shí)間t3表示其中以第二操作等級(jí)(例如，以高等級(jí))啟用光源410且由adc對(duì)周圍信號(hào)減去后的經(jīng)反射光信號(hào)(由光檢測(cè)器420檢測(cè)且提供于放大器430的輸入處)進(jìn)行取樣一或多次的時(shí)間。舉例來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，adc408可為使用對(duì)周圍信號(hào)減去后的信號(hào)的過(guò)取樣的快速低精確度adc。在一些實(shí)施例中，也可使用對(duì)單個(gè)樣本進(jìn)行操作的較高精確度adc。將輸出信號(hào)(包含當(dāng)光源410處于低等級(jí)及處于高等級(jí)時(shí)對(duì)周圍信號(hào)減去后的信號(hào)的過(guò)取樣)提供到adc408以用于進(jìn)一步處理。

圖8中所圖解說(shuō)明的差分過(guò)取樣允許減小與周圍及控制信號(hào)相關(guān)聯(lián)的噪聲的影響，這是因?yàn)樗鲈肼曌優(yōu)橥ㄟ^(guò)減去高及低過(guò)取樣信號(hào)而被拒斥的共模偏移。舉例來(lái)說(shuō)，圖8中所圖解說(shuō)明的差分過(guò)取樣允許減小光源驅(qū)動(dòng)器或接收器放大器中的1/f噪聲或零點(diǎn)漂移(offsetdrift)的影響或從開(kāi)關(guān)542到電容器540的電荷注入。此外，連同圖8的實(shí)施例一起描述的兩個(gè)等級(jí)避免接近供應(yīng)軌電壓而操作第二級(jí)(此可另外增加與經(jīng)增加安定時(shí)間或psrr(電力供應(yīng)拒斥比)相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題)。盡管差分過(guò)取樣實(shí)施例需要光源410的額外操作模式，但通過(guò)以低操作等級(jí)操作光源410而最小化額外電力需求。

現(xiàn)在將參考圖9描述動(dòng)態(tài)周圍信號(hào)拒斥操作模式的特征。在圖9的圖式中展示數(shù)個(gè)主要時(shí)間事件，包含時(shí)間t0、t1、t2、t3及t4。時(shí)間t0表示其中對(duì)周圍信號(hào)進(jìn)行取樣作為跨越電容器540的電壓(在開(kāi)關(guān)542閉合時(shí))的時(shí)間。開(kāi)關(guān)542接著斷開(kāi)以將周圍信號(hào)凍結(jié)或存儲(chǔ)于電容器540中。時(shí)間t1表示其中以第一操作等級(jí)(例如，以低等級(jí))激活或啟用光源410的時(shí)間。時(shí)間t2表示其中對(duì)周圍信號(hào)減去后的經(jīng)反射光信號(hào)(由光檢測(cè)器420檢測(cè)且提供到放大器430的輸入)進(jìn)行過(guò)取樣(在其中adc408為低精確度adc的情形中)或取樣(在其中adc408為較高精確度adc的情形中)的時(shí)間。時(shí)間t3表示其中以第二操作等級(jí)(例如，以高等級(jí))啟用光源410且對(duì)周圍信號(hào)減去后的經(jīng)反射光信號(hào)(由光檢測(cè)器420檢測(cè)且提供于放大器430的輸入處)進(jìn)行過(guò)取樣的時(shí)間。接著以第一操作等級(jí)(例如，以低等級(jí))激活或啟用(第二次)光源410。時(shí)間t4表示其中對(duì)周圍信號(hào)減去后的經(jīng)反射光信號(hào)(由光檢測(cè)器420檢測(cè)且提供到放大器430的輸入)進(jìn)行過(guò)取樣的時(shí)間。也就是說(shuō)，在動(dòng)態(tài)周圍信號(hào)拒斥操作模式中，以兩種操作模式(例如，以低等級(jí)及高等級(jí))激活光源410，且進(jìn)行多個(gè)ppg過(guò)取樣(例如，以光源的低等級(jí)的第一過(guò)取樣、以光源的高等級(jí)的第二過(guò)取樣及再次以光源的低等級(jí)的第三過(guò)取樣)。

結(jié)果為允許拒斥迅速改變的周圍信號(hào)的操作模式。用于改變的環(huán)境中的生物計(jì)量監(jiān)測(cè)裝置(例如由騎自行車者或戶外跑步者使用的心率監(jiān)測(cè)器)必須忍受迅速改變的周圍光。當(dāng)以動(dòng)態(tài)周圍信號(hào)拒斥操作模式操作裝置400時(shí)，進(jìn)行ppg取樣，其中在進(jìn)行ppg取樣之前光發(fā)射器以第一(例如，低)操作模式操作且在進(jìn)行ppg取樣之后光發(fā)射器以第二(例如，高)操作模式操作。此允許mcu402計(jì)算考量周圍信號(hào)的時(shí)間改變性質(zhì)的ppg值。舉例來(lái)說(shuō)，mcu可針對(duì)圖9中所展示的信號(hào)產(chǎn)生如下ppg值：ppg＝-0.5*adc(t2)+adc(t3)+(-0.5*adc(t4))(其中時(shí)間對(duì)應(yīng)于圖9中所展示的時(shí)間系列，且其中adc值是在所述時(shí)間點(diǎn)處接收的過(guò)取樣ppg信號(hào)值)。此類實(shí)施例在涉及迅速改變的dc周圍信號(hào)的情景中提供合意結(jié)果，且允許拒斥dc周圍信號(hào)及線性改變的dc周圍信號(hào)兩者。依照一些實(shí)施例，光源410的第一操作模式(例如，低)及第二操作模式(例如，高)兩者的值被mcu402知曉且使用光源控制件412來(lái)控制。

圖10是根據(jù)一些實(shí)施例的過(guò)程1000的流程圖。可使用硬件或軟件的任何適合組合(包含系統(tǒng)300或裝置400的實(shí)施方案)來(lái)執(zhí)行過(guò)程1000及本文中所描述的其它過(guò)程。體現(xiàn)這些過(guò)程的軟件可由任何非暫時(shí)性有形媒體(舉例來(lái)說(shuō)，包含可由圖4的mcu402存取或體現(xiàn)于所述mcu中的只讀或讀取/寫入存儲(chǔ)器)存儲(chǔ)。一般來(lái)說(shuō)，過(guò)程1000包含用以控制例如圖4中所展示的組件的組件以捕獲用于由例如mcu402的裝置處理的信號(hào)的步驟。更特定來(lái)說(shuō)，過(guò)程1000描繪用以控制組件以執(zhí)行基本周圍信號(hào)減法過(guò)程(例如，如連同圖7一起所描述)的步驟。

控制處理在1002處開(kāi)始，其中組件經(jīng)控制以捕獲表示周圍條件的信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使放大器430操作以斷開(kāi)開(kāi)關(guān)(例如開(kāi)關(guān)542)以將表示周圍條件的電壓凍結(jié)或存儲(chǔ)于電容器540中。

處理在1004處繼續(xù)，其中組件經(jīng)控制以致使光發(fā)射器發(fā)射光。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使光源控制件412激活光源410以朝向用戶的皮膚引導(dǎo)具有已知量值及強(qiáng)度的光。處理在1006處繼續(xù)，其中組件經(jīng)控制以捕獲入射光信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使光檢測(cè)器420進(jìn)行操作。

在1008處，組件經(jīng)控制以基于由先前所捕獲周圍信號(hào)調(diào)整的所捕獲光產(chǎn)生輸出信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，放大器430可經(jīng)操作以產(chǎn)生基于所檢測(cè)光信號(hào)減去與在1002處捕獲的周圍信號(hào)相關(guān)聯(lián)的所存儲(chǔ)值的中間輸出信號(hào)(在圖5中展示為v1)。在一些實(shí)施例中，在1008處的處理可包含在將輸出信號(hào)提供到mcu402的adc408之前將增益施加到中間輸出信號(hào)(例如，使用增益級(jí)440)。以此方式，實(shí)施例允許對(duì)光學(xué)信號(hào)(例如ppg信號(hào))的準(zhǔn)確且低電力測(cè)量。

現(xiàn)在參考圖11，其中展示依照一些實(shí)施例的另一過(guò)程1100的流程圖。過(guò)程1100描繪用以控制組件以執(zhí)行差分過(guò)取樣過(guò)程(例如，如連同圖8一起所描述)的步驟。

控制處理在1102處開(kāi)始，其中組件經(jīng)控制以捕獲表示周圍條件的信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使放大器430操作以斷開(kāi)開(kāi)關(guān)(例如開(kāi)關(guān)542)以將表示周圍條件的電壓凍結(jié)或存儲(chǔ)于電容器540中。

處理在1104處繼續(xù)，其中組件經(jīng)控制以致使光發(fā)射器以第一等級(jí)發(fā)射光。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使光源控制件412以第一操作模式(例如，以已知低強(qiáng)度級(jí))激活光源410以朝向用戶的皮膚引導(dǎo)具有已知量值及強(qiáng)度的光。處理在1106處繼續(xù)，其中組件經(jīng)控制以捕獲入射光信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使光檢測(cè)器420進(jìn)行操作。

在1108處，組件經(jīng)控制以基于由先前所捕獲周圍信號(hào)調(diào)整的所捕獲光產(chǎn)生輸出信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，放大器430可經(jīng)操作以產(chǎn)生基于所檢測(cè)光信號(hào)減去與在1102處捕獲的周圍信號(hào)相關(guān)聯(lián)的所存儲(chǔ)值的中間輸出信號(hào)(在圖5中展示為v1)。

處理在1110處繼續(xù)，其中組件經(jīng)控制以致使光發(fā)射器以第二等級(jí)發(fā)射光。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使光源控制件412以第二操作模式(例如，以已知高強(qiáng)度級(jí))激活光源410以朝向用戶的皮膚引導(dǎo)具有已知量值及強(qiáng)度的光。處理在1112處繼續(xù)，其中組件經(jīng)控制以捕獲入射光信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使光檢測(cè)器420進(jìn)行操作。

在1114處，組件經(jīng)控制以基于由先前所捕獲周圍信號(hào)調(diào)整的所捕獲光產(chǎn)生輸出信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，放大器430可經(jīng)操作以產(chǎn)生基于所檢測(cè)光信號(hào)減去與在1102處捕獲的周圍信號(hào)相關(guān)聯(lián)的所存儲(chǔ)值的中間輸出信號(hào)(在圖5中展示為v1)。以此方式，圖4的裝置可經(jīng)操作以執(zhí)行差分過(guò)取樣，從而將額外數(shù)據(jù)提供到mcu402以用于處理心率信息。差分過(guò)取樣致使一些噪聲源顯現(xiàn)為可通過(guò)減去低及高過(guò)取樣信號(hào)而被拒斥的共模偏移。結(jié)果為經(jīng)由圖10的過(guò)程的以相對(duì)低額外成本(在電力方面(通常與光源的額外操作相關(guān)聯(lián)))、具有較大準(zhǔn)確度的經(jīng)改進(jìn)心率檢測(cè)。mcu402可經(jīng)配置以在不同環(huán)境或使用情形中執(zhí)行差分過(guò)取樣(如圖11中所描述)或基本周圍信號(hào)減法(如圖10中所描述)，這是因?yàn)殡娐?如圖5及6中所展示)針對(duì)任一情境保持不變。

現(xiàn)在參考圖12，其中展示依照一些實(shí)施例的另一過(guò)程1200的流程圖。過(guò)程1200描繪用以控制組件以執(zhí)行動(dòng)態(tài)周圍信號(hào)拒斥過(guò)程(例如，如連同圖9一起所描述)的步驟。

控制處理在1202處開(kāi)始，其中組件經(jīng)控制以捕獲表示周圍條件的信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使放大器430操作以斷開(kāi)開(kāi)關(guān)(例如開(kāi)關(guān)542)以將表示周圍條件的電壓凍結(jié)或存儲(chǔ)于電容器540中。

處理在1204處繼續(xù)，其中組件經(jīng)控制以致使光發(fā)射器以第一等級(jí)發(fā)射光。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使光源控制件412以第一操作模式(例如，以已知低強(qiáng)度級(jí))激活光源410以朝向用戶的皮膚引導(dǎo)具有已知量值及強(qiáng)度的光。處理在1206處繼續(xù)，其中組件經(jīng)控制以捕獲入射光信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使光檢測(cè)器420進(jìn)行操作。

在1208處，組件經(jīng)控制以基于由先前所捕獲周圍信號(hào)調(diào)整的所捕獲光產(chǎn)生輸出信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，放大器430可經(jīng)操作以產(chǎn)生基于所檢測(cè)光信號(hào)減去與在1202處捕獲的周圍信號(hào)相關(guān)聯(lián)的所存儲(chǔ)值的中間輸出信號(hào)(在圖5中展示為v1)。

處理在1210處繼續(xù)，其中組件經(jīng)控制以致使光發(fā)射器以第二等級(jí)發(fā)射光。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使光源控制件412以第二操作模式(例如，以已知高強(qiáng)度級(jí))激活光源410以朝向用戶的皮膚引導(dǎo)具有已知量值及強(qiáng)度的光。處理在1212處繼續(xù)，其中組件經(jīng)控制以捕獲入射光信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使光檢測(cè)器420進(jìn)行操作。

在1214處，組件經(jīng)控制以基于由先前所捕獲周圍信號(hào)調(diào)整的所捕獲光產(chǎn)生輸出信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，放大器430可經(jīng)操作以產(chǎn)生基于所檢測(cè)光信號(hào)減去與在1202處捕獲的周圍信號(hào)相關(guān)聯(lián)的所存儲(chǔ)值的中間輸出信號(hào)(在圖5中展示為v1)。

處理在1216處繼續(xù)，其中組件經(jīng)控制以致使光發(fā)射器在第一等級(jí)(例如，與步驟1204中相同的操作光發(fā)射器的等級(jí))下發(fā)射光。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使光源控制件412以第一操作模式(例如，以已知低強(qiáng)度級(jí))激活光源410以朝向用戶的皮膚引導(dǎo)具有已知量值及強(qiáng)度的光。處理在1218處繼續(xù)，其中組件經(jīng)控制以捕獲入射光信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，mcu402可致使光檢測(cè)器420進(jìn)行操作。

在1220處，組件經(jīng)控制以基于由先前所捕獲周圍信號(hào)調(diào)整的所捕獲光產(chǎn)生輸出信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，放大器430可經(jīng)操作以產(chǎn)生基于所檢測(cè)光信號(hào)減去與在1202處捕獲的周圍信號(hào)相關(guān)聯(lián)的所存儲(chǔ)值的中間輸出信號(hào)(在圖5中展示為v1)。

以此方式，圖4的裝置可經(jīng)操作以執(zhí)行動(dòng)態(tài)周圍信號(hào)拒斥，從而將額外數(shù)據(jù)提供到mcu402以用于處理心率信息。動(dòng)態(tài)周圍信號(hào)拒斥允許處置迅速改變的dc周圍信號(hào)。如上文連同圖9一起所論述，可由mcu402應(yīng)用公式以產(chǎn)生移除dc周圍信號(hào)及迅速改變的dc周圍信號(hào)兩者的ppg值。結(jié)果為在其中周圍條件變化的情景中的具有較大準(zhǔn)確度的經(jīng)改進(jìn)心率檢測(cè)。mcu402可經(jīng)配置以在不同環(huán)境或使用情形中執(zhí)行動(dòng)態(tài)周圍信號(hào)拒斥(如圖12中所描述)、差分過(guò)取樣(如圖11中所描述)或基本周圍信號(hào)減法(如圖10中所描述)，這是因?yàn)殡娐?如圖5及6中所展示)針對(duì)任一情境保持不變。本文中所描述的實(shí)施例中的每一者允許光學(xué)心率數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確且低功率產(chǎn)生。

前述圖式表示用于描述根據(jù)一些實(shí)施例的過(guò)程的邏輯架構(gòu)，且實(shí)際實(shí)施方案可包含以其它方式布置的較多或不同組件。可連同其它實(shí)施例一起使用其它拓?fù)?。此外，本文中所描述的每一系統(tǒng)可由經(jīng)由任何數(shù)目個(gè)其它公共及/或私有網(wǎng)絡(luò)通信的任何數(shù)目個(gè)裝置實(shí)施。此類計(jì)算裝置中的兩者或多于兩者可遠(yuǎn)離彼此而定位且可經(jīng)由任何已知方式的網(wǎng)絡(luò)及/或?qū)Ｓ眠B接彼此通信。每一裝置可包含適合于提供本文中所描述的功能以及任何其它功能的任何數(shù)目個(gè)硬件及/或軟件元件。舉例來(lái)說(shuō)，用于一些實(shí)施例的實(shí)施方案中的任何計(jì)算裝置可包含用以執(zhí)行程序代碼使得計(jì)算裝置如本文中所描述而操作的處理器。

本文中所描述的模塊及組件可以硬件、執(zhí)行固件及/或軟件指令的處理器或者其任何組合來(lái)實(shí)施。舉例來(lái)說(shuō)，處理模塊的存儲(chǔ)器部分可以一或多個(gè)存儲(chǔ)器裝置(例如以下各項(xiàng)中的一或多者：磁盤、光盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、視頻ram、快閃存儲(chǔ)器等)來(lái)實(shí)施。類似地，處理或控制模塊(舉例來(lái)說(shuō)，例如圖4的光源控制模塊412)的處理單元可使用以下各項(xiàng)中的一或多者來(lái)實(shí)施：離散組件、集成電路、專用集成電路(asic)、可編程邏輯裝置(pld)等。如果模塊、處理器及/或處理單元使用執(zhí)行固件及/或軟件指令的處理器來(lái)實(shí)施，那么軟件或固件指令可存儲(chǔ)于任何計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中(例如存儲(chǔ)于磁盤、光盤上、ram或rom或者快閃存儲(chǔ)器、處理器的存儲(chǔ)器(例如，高速緩沖存儲(chǔ)器)等中)。執(zhí)行固件及/或軟件指令的處理器可包括通用處理器或?qū)Ｓ锰幚砥?例如數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、圖形處理器等等)。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，上文所描述實(shí)施例的各種更改及修改可在不背離本發(fā)明的范圍及精神的情況下配置。因此，將理解，可不同于如本文中所具體描述而實(shí)踐權(quán)利要求書。