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ANALOG/MIXED SIGNAL BIOLOGICAL SENSOR 36 - ELETTRONICA OGGI 481 - OTTOBRE 2019 rando il tempo del ciclo da picco a picco dei segnali ottici misurati, dagli stessi dati è possibile ottenere una misura di base della frequenza cardiaca. I pulsossime- tri consumer utilizzano questo approccio per fornire una misura più affidabile della frequenza cardiaca, a dispetto dei movimenti fisici, delle variazioni dei sin- goli utenti o di altri fattori. Sebbene da diversi anni nei dispositivi di fitness ven- gano utilizzati metodi ottici basati su PPG, di recente in prodotti consumer come Apple Watch, ma non solo, ha fatto la sua comparsa l’ECG a canale singolo. La con- correnza e la domanda dei consumatori hanno spinto i produttori di fasce da polso per fitness, smartwatch e altri dispositivi elettronici personali a includere nei loro prodotti funzionalità PPG ed ECG a canale singolo. Per gli sviluppatori, tuttavia, l’implementazione anche di una sola di queste funzionalità ha presentato non poche difficoltà. I progetti PPG a due LED devono poter pilotare in modo ottimale i LED rossi e IR, acquisire la luce rifles- sa o assorbita, sincronizzare i risultati e infine calcolare la frequenza cardiaca e, facoltativamente, il valore SpO 2 . Il progetto di un ECG a canale singolo richiede una va- sta esperienza nella costruzione di percorsi di segnali analogici in grado di gestire i segnali rumorosi associati a qualsiasi misurazione di biopotenziali attivi. Ma i requisiti energetici, le dimensioni del progetto e il numero dei componenti necessari per implementare entrambi i tipi di progettazione e sincronizzarne i ri- sultati possono essere proibitivi per la maggior parte dei prodotti mobili alimentati a batteria. Per risolvere questi problemi, il modulo biosensore MAX86150 di Maxim Integrated fornisce una soluzione quasi “drop- in” per aggiungere funzionalità PPG ed ECG a qualsiasi progetto con severi vincoli energetici. Modulo biosensore Progettato espressamente per i sistemi portatili, il mo- dulo MAX86150 combina sottosistemi sia per PPG a doppio LED sia per ECG in un singolo dispositivo di dimensioni pari a soli 3,3 x 6,6 x 1,3 mm. Per le misure ottiche, MAX86150 combina percorsi del segnale ot- tico d’ingresso/uscita completi con un LED rosso, un LED IR e un fotodiodo posizionato dietro un coperchio di vetro incorporato nel contenitore (Fig. 2). Per il percorso del segnale PPG, il modulo integra un circuito di cancellazione della luce ambiente (ALC – Ambient Light Cancellation), un convertitore analogi- co/digitale (ADC) delta-sigma ( ΔΣ ) a sovracampiona- mento a tempo continuo a 19 bit e un filtro a tempo discreto per un’ulteriore riduzione del rumore. All’in- terno dell’ALC, un convertitore digitale/analogico (DAC) contribuisce ad aumentare la gamma dinamica d’ingresso cancellando la luce ambiente. Per aiutare gli sviluppatori a bilanciare consumo energetico e prestazioni, è possibile programmare i driver LED inte- grati del dispositivo in modo che forniscano corrente da 0 a 100 mA e ampiezze di impulso della corrente tra 50 e 400 μs. Per ottenere ulteriori risparmi energetici, gli sviluppa- tori possono abilitare una funzione di prossimità che consente al dispositivo di rimanere in uno stato di bas- so consumo tra una misura e l’altra. In questo stato, il dispositivo pilota il LED IR con il livello di potenza minimo programmato dallo sviluppatore. Quando il fo- todiodo rileva un segnale utile, che segnala l’avvici- narsi del dito del soggetto o di un’altra superficie della pelle, viene generato un interrupt e il dispositivo torna al suo normale stato operativo per continuare il cam- pionamento. Per le misure ECG, MAX86150 integra un percorso del segnale differenziale completo che richiede solo due elettrodi a secco e alcuni componenti aggiuntivi per implementare un ECG a canale singolo (Fig. 3). Come per qualsiasi applicazione per piccoli segnali, la pre- cisione della misurazione è continuamente ostacolata dalle varie sorgenti di rumore presenti nell’ambiente. In un’applicazione per il fitness, le forme d’onda car- diache sono influenzate non solo dai biopotenziali associati al movimento del muscolo e ad altri proces- si fisiologici, ma spesso possono essere sopraffatte dall’interferenza di fonti RF esterne, dalla frequenza di linea e dal rumore elettrico. Fig. 3 – Oltre al sottosistema PPG, il modulo MAX86150 include un sottosistema ECG a canale singolo completo che, per fornire dati di misura ECG a un microcontrollore, richiede solo una coppia di elettrodi a secco e pochissimi altri componenti (Fonte: Maxim Integrated) Fig. 2 – Il sottosistema PPG MAX86150 fornisce misure ottiche di fitness integrando tutti i componenti richiesti, compresi i percorsi dei segnali per l’uscita dei LED e l’ingresso dei fotodiodi. Inoltre, il LED rosso, quello a infrarossi e i dispositivi a fotodiodo sono posizionati dietro un coperchio di vetro (Fonte: Maxim Integrated)