PPG信号采集系统设计方案

1.设计背景

为了能够连续便捷地检测到亚健康人群的各项生理参数，及时了解人体健康状况，并为临床诊断治疗提供准确的依据，通过分析人体皮肤表面的光电容积脉搏波(PPG信号)能够提取与生理健康相关的特征数据目前主流的产品采用绿光、红光近红外等不同波段的光源进行PPG信号的采集，通过分析实现连续健康状态监测以及心血管疾病分级预警。

1.1技术要求

包括通过水凝胶贴片吸附在手背的检测主机和手指尖固定的副机其中主机端搭载PCB主控板、采集芯片、六轴传感器模块、蓝牙传输模块和电池;副机端通过柔性电路板FPC连接主机，并搭载采集芯片。主机可单独实现PPG信号采集，也可与副机连接后同时采集。

2.设计框图

分为主机和副机两个部分，主机负责手背端的PPG，姿态数据的采集，副板需要手指端的PPG采集。

3. 设计细节

3.1 主机设计

MAX30102与主机通讯使用的是IIC，MPU6050也是，而且需要蓝牙进行无线的传输，手背上面的皮较厚，所以设计了单独的模拟采集电路，设计了一路5v转3.3V的LDO为若干器件供电。

手背有些凹凸不平，选择了单独的光电器件来测量，ST188，输出微弱的电压，由于接触面的不稳定会有低频噪音，后级又使用LM358构成同相放大器对微弱的前级信号进行放大，为了快速实现心率测量又加了一路施密特触发器，将连续的心率信号处理成数字量快速计算。如果想获取RAW数据可以在ADC处进行采集。

R5和C2组成同相输入一阶低通滤波器，滤除高频杂波，只允许低频信号(即脉搏信号)通过，截止频率由 R5和 C2 来决定，放大倍由 R7 和 R11 确定，由式fc=1/(2πRC)计算出同相输入低通滤波器截至频率。假设人体脉搏心率跳动频率为来4Hz考也，假设选定C8的容量为105，即10x10SpF=luF=10，代入截止频率计算公式得出R740KQ，暂时采取10KQ进行测试。假设放大倍数为200，R9选取120K2，由并联得出电阻R81.7K2暂时采用220Ω。

光电二极管

施密特触发器后的波形，可以更适合单片机采集计算

为了采集人体的姿态数据，这里选用一颗MPU6050，它集成了3 轴MEMS 陀螺仪，3 轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP（Digital Motion Processor），可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，这里正好使用了MAX30102的IIC接口。

IIC的接口可以使用1KΩ的电阻进行下拉。

3.2 MAX30102

副板是要求戴在手指处，所以分立式的器件不考虑，这里选用ADI的MAX30102，超小封装可以保证佩戴时的舒适度。低功耗设计也可以保证长时间的测量需求。

参考的设计方案，但是又两个额外的LED，需要提供较大的电流

需要提供最大200mA的电流，所以又加一路LDO单独供电：

审核编辑：汤梓红