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XII Medical MEDICAL 19 - APRILE 2019 in modo tale che il suo riferimento sia generato interna- mente da un riferimento di tensione di tipo band gap di 1,024 V e pilotato su un condensatore di bypass esterno. Il riferimento deve essere retroazionato nel dispositivo PsoC4 in modo che il convertitore possa determinate il proprio of- fset interno mediante il campionamento doppio correlato (CDS – Correlated Double Sampling) che annulla l’offset in DC del convertitore. Questo può essere calcolato dal core ARM M0. La tensione di riferimento viene quindi utilizzata come ingresso di riferimento per un amplificatore a tran- simpedenza (TIA – Trans-Impedance Amplifier). Si tratta di un amplificatore molto utile, caratterizzato da una bassa impedenza di ingresso che lo rende idoneo per l’amplifica- zione di correnti molto piccole in tensioni di valore maggio- re senza dubbio più utili. Il guadagno, essendo il rapporto tra Vout/Iin, è espresso in Ohm. L’uscita del TIA è quindi inviata a un amplificatore differenziale prima di essere ac- quisita dal convertitore A/D. Nella figura 4 è riportata l’implementazione dell’AFE in un dispositivo PsoC4 BLE. Si tratta di un dispositivo a se- gnali misti con core Cortex M0 integrato e radio BLE. Il buffer di riferimento (RefBuf di figura 4) pilota VDD/2 come tensione di riferimento. Un condensatore da 47 uF è stato aggiunto per disaccoppiare l’alimentazione mentre il diodo è stato aggiunto per scaricare il condensatore e proteggere gli I/O nel caso in cui si verifica una mancanza di alimentazione. Tutto ciò è accettabile nel caso in cui la corrente rimanga abbastanza stabile. Altrimenti il con- vertitore A/D può essere impostato per erogare il riferi- mento di tensione a 1,024 V che può essere trasferito al condensatore di bypass. Questo può essere retroazionato nel buffer di riferimento ed essere utilizzato come pun- to di riferimento alternativo e più stabile. L’amplificatore TIA converte la corrente del fotodiodo in una tensione, dove Vout = Vref-Iin.Rf. L’amplificatore differenziale am- plifica la tensione di uscita del TIA ma annulla la tensione di riferimento. L’uscita risultante è acqui- sita dal convertitore A/D. Oltre al front end analo- gico, il dispositivo PsoC pilota due LED a infrarossi per illuminare il flusso sanguigno utilizzando una modulazione PWM a doppia uscita. Il periodo del- la modulazione deve essere impostato in modo da fornire un numero sufficiente di campioni durante un ciclo cardiaco quando il cuore sta funzionando al massimo. Un minimo di 5 cicli PWM, che signifi- ca un minimo di 15 Hz, dovrebbe essere sufficiente. Il convertitore A/D può essere impostato in modo da effettuare la conversione in un punto adatto del periodo della modulazione PWM in modo da eli- minare l’effetto del duty cycle della modulazione PWM. Ciò equivale a una serie di valore della con- versione A/D di ampiezza variabile che possono essere elaborati dal core M0 per determinare la frequenza cardiaca. Rilevamento tattile capacitivo Oltre alla modulazione PWM e all’AFE è anche prevista la presenza di un circuito CapSense. Poiché molti dispositivi per il fitness richiedono spesso pulsanti a sfioramento posti su una superficie che deve essere pulita, CapSense rappre- senta la soluzione ideale. La tecnologia CapSense utilizza il rilevamento di tipo capacitivo ed è ideale per i dispositivi per il fitness in quanto non prevede parti in movimento. È necessario porre una certa attenzione alla possibile infil- trazione di goccioline d’acqua: in questo caso Cypress può fornire un elettrodo schermato che rende il dispositivo im- permeabile alla pioggia, agli schizzi di fango e al sudore. Il progetto usato come esempio è stato realizzato usando tre tasti che sfruttano l’auto-capacità. I tasti funzionano at- traverso un rivestimento realizzato in vetro o plastica. I soli componenti esterni richiesti sono un condensatore per im- magazzinare la carica da ciascun tasto che viene sfiorato e, possibilmente, tre resistori di terminazione su ciascun tasto CapSense per minimizzare il rumore. Integrare un circuito CapSense resistente all’umidità nello stesso dispositivo che ospita l’AFE e il PWM risulta essere il modo più economico per implementare un progetto di un sistema HRM di que- sto tipo. Bluetooth Low Energy Il dispositivo PsoC4 prevede anche uno stack BLE 4.2. Lo standard BLE implementa un profilo HRM supportato dallo stack sviluppato da Cypress. Il dispositivo PsoC4 può dunque operare come dispositivo periferico per il server del profilo HRM di BLE. Questo profilo è ovviamente ideale per implementazione di un HRM e consente l’in- teroperabilità tra il server HRM di BLE (ovvero il dispo- Fig. 3 – Schema a blocchi dell’AFE (Analog Front End) di un sistema HRM