실제 무선 피트니스 히어러블 제작 - 1부: 심박수 및 SpO2 측정

편집자 주: 피트니스 히어러블은 잠재력이 크지만 생체 계측, 오디오 처리, 무선 충전이라는 세 가지 핵심 영역에서 중요한 설계 과제를 제시합니다. 세 개의 기사로 구성된 이 시리즈에서는 각 과제를 하나씩 살펴보고 개발자가 초저전력 장치를 활용하여 피트니스 히어러블을 보다 효과적으로 제작할 방법을 보여줍니다. 1부에서는 생체 계측에 대해 살펴봅니다.

실제 무선 히어러블이라고도 하는 인이어 스마트 무선 오디오 이어버드가 인기 있는 오디오 재생 장치로 등장했으며, 특히 피트니스 활동 중에 전선이 운동이나 장비에 방해가 되는 경우에 널리 사용되고 있습니다. 개발자는 심박수(HR) 및 산소 포화도 측정을 설계에 추가하여 오디오 재생 기능과 건강 데이터를 모두 제공하는 "피트니스 히어러블"을 제작할 수 있습니다.

생체 계측을 추가하면 잠재력은 더 향상되지만, 이 응용 분야의 제품에 대한 크기 및 전력 제약 조건으로 인해 엄청난 설계 과제가 제기됩니다.

이 기사에서는 건강 측정에 대해 설명한 다음 배터리 구동 인이어 장치를 통해 심박수 및 산소 포화도 측정을 제공하는 Maxim Integrated의 생체 센서를 소개하고 응용 방법을 보여줍니다.

건강 측정

HR은 환자의 생명 징후를 나타내는 임상적 역할 외에도 피트니스 애호가 및 경기 선수의 성과를 보여주는 필수 지표가 되었습니다. HR의 변화는 기본 생리적 건강과 상태를 반영하며, 광용적맥파(PPG)를 사용하여 이러한 변화에 대한 비침습적 측정을 간단하고 효과적으로 실시할 수 있습니다. PPG는 심장에서 조직을 통해 혈액을 펌핑할 때 조직 혈액량 변화에 따른 빛의 전파 또는 반사 차이를 특정 주파수(일반적으로 약 520nm, 녹색)로 측정합니다.

상대적으로 간단한 이 기술은 심박수에 대한 기본적인 데이터를 제공할 뿐만 아니라 심실조기수축(PVC) 이벤트와 같은 임상적 문제를 혈압 측정 또는 심전계(ECG 또는 EKG)보다 더 간단히 나타낼 수 있습니다(그림 1).

그림 1: PPG는 간단한 광학 방식을 사용하여 혈압(BP)을 측정하거나 심전계(EKG)를 사용할 필요 없이 심실조기수축(PVC) 이벤트와 같은 비정상적 심장 이벤트를 감지할 수 있습니다. (이미지 출처: Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0)

PPG를 통한 HR 모니터링은 중요한 정보를 제공하지만 많은 사용자가 신체 상태 및 교육의 효율성에 대한 세부적인 정보를 찾고 있습니다. 산소 포화도 측정에서는 산소를 공급받는 헤모글로빈(HbO₂)과 산소를 제거한 헤모글로빈(Hb)의 비율을 측정하여 이 세부 데이터를 제공합니다. 여기서 헤모글로빈은 신체 기관과 조직에 산소를 운반하는 적혈구 내 단백질 분자입니다. 이 비율에 따라, 산소 포화도 측정기는 말초 모세혈관 산소 포화도(SpO₂)를 측정하여, 혈액 가스 분석을 통해 수행되는 안정적인 임상적 동맥 산소 포화도(SaO₂) 측정 예상치를 제공합니다.

이 예상치를 제공하기 위해 산소 포화도 측정기는 두 주파수(일반적으로 약 660nm, 빨간색 및 880nm, 적외선)에서 피부 패치별 빛의 흡수율 차이를 측정합니다. 이 두 주파수는 각각 산소가 제거된 상태와 산소를 공급받는 상태에서 헤모글로빈 흡수 스펙트럼의 피크에 해당하며, 혈중 산소 포화도를 빠르게 예측할 수 있도록 도와줍니다(그림 2).

그림 2: 비침습성 광학 산소 포화도 측정 방식에서는 일반적으로 각각 약 880nm 및 660nm에서 측정되는 산소를 공급받는 헤모글로빈(HbO2, 빨간색 곡선)과 산소를 제거한 헤모글로빈(Hb, 파란색 곡선)의 비율을 사용하여 모세혈관 산소 포화도(SpO₂)를 결정합니다. (이미지 출처: Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0)

PPG 및 산소 포화도 측정 기술은 개념적으로 간단합니다. 하지만, 실제로 이 방법을 구현하려면 어려운 문제에 직면할 수 있습니다. 웨어러블 설계에서는 특히 그렇습니다. PPG와 산소 포화도 측정 방식에서는 모두 광 다이오드를 사용하여 피트니스 밴드 또는 스마트워치의 피부 패치에서 반사되거나 귓불 등을 통해 전송되는 녹색, 빨간색 또는 적외선(IR) LED의 빛을 정확히 측정합니다.

LED 광원, 피부, 광 다이오드로 구성되는 광학 경로가 중단되거나 외부 광원으로 인해 이러한 시스템에서 생체 계측 정확도가 훼손될 수 있습니다. 예를 들어, 주변광의 일상적인 변화로 인해 측정 아티팩트가 발생할 수 있습니다. 사용자가 밝은 태양광과 어두운 음영이 교차(광학 기반 측정에서 "피켓 펜스" 효과라고 함)하는 영역을 이동할 때처럼 주변광이 극단적으로 변화할 경우 완전한 측정 오류가 발생할 수 있습니다. 마지막으로, 고강도 훈련이나 일상적인 신체 운동 중에 팔을 갑자기 움직일 경우 피트니스 밴드 또는 스마트워치가 밀려서 유사한 아티팩트가 발생하거나 신호가 완전히 손실될 수 있습니다.

인이어 감지 시스템

손목 착용 건강 모니터와 대조적으로 인이어 생체감지는 오류 원인을 완화하고 피트니스 밴드 및 스마트워치의 측정을 저해하는 손목 움직임이 있더라도 정확한 결과를 제공할 수 있습니다¹. 많은 생체 계측 장치가 등장하고 있지만 엄격한 전력 및 크기 요구 사항으로 인해 개발자가 인이어 피트니스 웨어러블을 구현하는 데 사용할 수 있는 옵션은 제한적입니다.

이러한 웨어러블은 귓속에서의 위치를 유지하기 위해 작고 가벼워야 합니다. 이러한 기본 요구 사항이 더 많은 기존 생체 계측 설계 솔루션의 공급에 필요한 대용량 배터리의 사용을 방해할 수 있습니다. 따라서, 일반적으로 인이어 피트니스 웨어러블 설계는 손목 착용 제품에 사용 가능한 것보다 더 제한된 전력으로 작동해야 합니다.

동시에 이 연재 기사의 주제인 피트니스 히어러블과 같은 응용 분야의 다양한 기능적 요구 사항을 지원하는 데 충분한 전력을 사용할 수 있어야 합니다. 이 기사의 핵심 주제인 광학 측정을 수행하는 데 효과적인 설계에서는 녹색, IR 및 빨간색 LED를 구동하고 광 다이오드와 연결된 AFE(아날로그 프런트 엔드)를 구동하는 데 충분한 전력이 필요합니다. 즉, 광학 신호 경로의 무결성을 보장하면서 엄격한 크기 요구 사항을 충족하는 콤팩트 패키지 내에 다양한 광학 부품과 전자 부품을 포함해야 합니다.

Maxim Integrated의 저전력 생체 센서는 이러한 다양한 요구 사항을 충족합니다.

특수 생체 센서

인이어 건강 모니터링에 맞게 특별히 고안된 Maxim Integrated MAXM86161은 최소의 전력 소비로 심박수와 SpO₂를 지속해서 측정할 수 있는 완벽한 광학 데이터 취득 서브 시스템을 제공합니다. 2.9mm x 4.3mm x 1.4mm 크기의 작은 14핀 장치에서 세 개의 LED 광학 전송 서브 시스템 및 광 다이오드 수신기 서브 시스템을 신호 처리, 128단어 FIFO(First-in First-out) 버퍼 및 내부 집적 회로(I²C) 직렬 인터페이스와 통합합니다(그림 3).

그림 3: Maxim Integrated MAXM86161은 광학 전송 및 수신기 서브 시스템을 128단어 FIFO, 컨트롤러 및 I²C 직렬 인터페이스와 통합하여 완벽한 생체 계측 솔루션을 제공합니다. (이미지 출처: Maxim Integrated)

내장된 녹색, IR 및 빨간색 LED와 함께 MAXM86161 광학 전송 서브 시스템에는 전용 8비트 LED 전류 디지털 아날로그 컨버터(DAC)가 포함되어 있습니다. 개발자는 이 DAC를 사용하여 3.0V ~ 5.5V의 단일 V_LED 공급 전압 소스에서 공급되는 31mA, 62mA, 94mA 또는 124mA의 각 LED 구동 전류를 프로그래밍 방식으로 설정할 수 있습니다. 또한, LED 구동 펄스 폭을 약 15μs ~ 117μs 네 구간의 프로그래밍 방식으로 설정할 수 있습니다. 아래 설명한 대로 이 기능은 특정 응용 분야의 성능 요구 사항을 충족하는 주요 메커니즘을 제공합니다.

수신기 서브 시스템 내에서 19비트 시그마-델타 아날로그 디지털 컨버터(ADC)는 통합된 광 다이오드의 출력을 8sps ~ 4,096sps 속도로 디지털화합니다. 결과적으로, 디지털 필터는 개발자가 선택한 주파수 분할 다중화(FDM) 또는 계수 데시메이션 방법(CDM)을 사용하여 잡음을 줄입니다.

다양한 수준의 분해능에서 샘플 측정이 필요한 응용 분야의 경우 네 전체 작동 범위 중 하나에서 작동하도록 ADC를 동적으로 재구성할 수 있습니다. 개발자는 필요에 따라 작동 범위를 줄여서 분해능을 높일 수 있습니다. 신호를 클리핑하지 않고 매우 낮은 암전류 레벨을 측정할 수 있는 오프셋 값을 제공하는 추가 기능이 있습니다.

자동 보정

샘플 변환 공정 중에 MAXM86161의 주변광 보정(ALC) 회로를 사용하여 관련 없는 조명원에서 발생하는 광 다이오드 전류를 자동으로 취소할 수 있습니다. 또한, 개발자는 주변광 레벨을 주기적으로 측정하도록 장치를 프로그래밍할 수 있습니다. 그러면 응용 제품에서 자체 ALC 알고리즘을 사용하여 샘플링된 데이터를 동적으로 보정하거나 LED 구동 전류를 프로그래밍 방식으로 수정하여 변화하는 주변광 레벨에 따라 LED 출력 조명 레벨을 최적화할 수 있습니다.

내장된 ALC 기능과 함께 MAXM86161은 앞서 언급한 피켓 펜스 효과, 즉 밝은 주변광 레벨과 어두운 주변광 레벨 간의 빠른 전환으로 인해 샘플링 오류가 발생할 수 있는 현상을 처리하기 위해 별도의 메커니즘을 통합합니다. 활성화한 경우 MAXM86161의 피켓 펜스 기능은 피켓 펜스 이벤트 중에 취득된 샘플을 자동으로 감지한 후 예상값으로 대체합니다. 이 기능을 활성화한 경우 MAXM86161은 저역 통과 필터의 출력을 예상 범위와 비교하여 범위를 벗어난 경우 값을 대체합니다(그림 4).

그림 4: Maxim Integrated MAXM86161 피켓 펜스 메커니즘은 샘플(빨간 선)을 모니터링한 후 프로그래밍 가능 범위(파란 선)를 벗어난 샘플(예: 그래프에 식별된 과도(검은 선) 샘플)을 자동으로 대체합니다. (이미지 출처: Maxim Integrated)

자율 샘플링

샘플링 중에 MAXM86161의 통합된 컨트롤러는 송신기 및 수신기 서브 시스템을 조율하여 LED 출력 펄스 및 해당 광 다이오드(PD) 입력 판독 시퀀스를 동기화합니다. 개발자는 6개 "슬롯"(LEDCn)으로 로드되는 세 개의 LED 시퀀스 제어 레지스터 세트에 포함된 설정에서 이 시퀀스를 위한 프로그램을 지정합니다(표 1). 각 LEDCn 슬롯은 지정된 녹색, IR 또는 빨간색 LED의 조명으로 구성되는 특정 샘플링 작업과 연결된 후속 PD 샘플링을 지정합니다.

표 1: 세 LED 시퀀스 제어 레지스터 세트로 로드되는 Maxim Integrated MAXM86161 LED 출력 시퀀스 펄스 (표 출처: Maxim Integrated)

MAXM86161은 다양한 LED 작동 모드에 해당하는 다양한 미리 정의된 값을 인식합니다. 예를 들어 LED1(녹색), LED2(IR) 또는 LED3(빨간색)에서 샘플링하도록 지정하기 위해 개발자는 원하는 슬롯의 LEDCn[3:0] 필드를 각각 이진 값 0001, 0010, 0011로 설정합니다. 마찬가지로 주변광을 샘플링하려면 원하는 필드를 이진수 1001로 설정합니다. 따라서 LED1, LED2, LED3 및 주변광을 샘플링하도록 설계된 시퀀스를 프로그래밍하기 위해 개발자는 다음과 같이 설정합니다.

LEDC1[3:0] = 0001

LEDC2[3:0] = 0010

LEDC3[3:0] = 0011

LEDC4[3:0] = 1001

LEDC5[3:0] = 0000

이진수 “0000”으로 설정된 마지막 슬롯은 시퀀스 종료를 나타냅니다.

또한 개발자는 샘플링 속도, 펄스 폭, 구동 전류를 비롯한 여러 추가 구성 파라미터를 설정해야 합니다. 레지스터 0x20에 쓰기가 MAXM86161 측정 시퀀스를 시작하므로 실제로 이러한 다양한 구성 파라미터와 LED 시퀀스 레지스터 0x21 및 0x22(표 참조)는 일반적으로 레지스터 0x20보다 먼저 설정됩니다. 이 기사의 뒷부분에 설명된 대로 소프트웨어 루틴에서는 레지스터 0x20에 마지막으로 기록하여 프로그래밍된 시퀀스를 시작하기 전에 이러한 다른 레지스터를 설정할 수 있습니다.

시퀀스가 초기화된 후 컨트롤러는 프로그래밍된 시퀀스를 원하는 샘플링 속도로 반복하여 LED 출력 펄스 및 PD 입력 샘플링을 자동으로 조정합니다(그림 5).

그림 5: Maxim Integrated MAXM86161의 컨트롤러는 각각 LED 출력 펄스와 연결된 광 다이오드 샘플 판독 조합을 포함하는 샘플링 작업 시퀀스를 자동으로 실행합니다. (이미지 출처: Maxim Integrated)

이 프로그래밍 가능 시퀀스 제어를 활용하여 응용 제품에서 측정 모드를 즉석에서 쉽게 수정할 수 있습니다. 예를 들어, SpO₂ 측정에 가장 높은 업데이트 속도가 필요하지 않은 경우, 응용 제품은 녹색 LED(LED1)를 사용하여 심박수 데이터에 대한 빈번한 업데이트를 유지하도록 시퀀스 제어 레지스터를 간단히 변경할 수 있습니다. 응용 제품에서는 주기적으로 시퀀스를 재설정하여 심박수 업데이트로 다시 전환하기 전에 잠시 SpO₂ 측정을 수행하도록 IR(LED2) 및 빨간색(LED3) LED를 추가할 수 있습니다.

전력 최적화

이러한 유형의 응용 제품 수준의 접근 방식을 사용하는 외에도 전력을 절감하기 위해 개발자는 MAXM86161의 고유한 저전력 기능을 활용할 수 있습니다. 25sps 샘플링 속도의 일반 응용 분야에서 MAXM86161은 정상 작동 중에 10μA 미만의 전류를 소비합니다. 일반 저전력 작업 외에도 MAXM86161은 시스템 레벨 및 장치 레벨 전력 최적화를 위한 다양한 메커니즘을 제공합니다.

시스템 레벨 최적화의 경우 프로세서를 비롯한 나머지 시스템이 저전력 절전 모드에서 대기 중인 동안 유휴 기간에 장치에서 생체 계측을 독립적으로 수행할 수 있습니다. 여기서 MAXM86161 시퀀스 컨트롤러는 내부 FIFO 버퍼의 다음 사용 가능한 슬롯에 샘플 데이터를 계속 입력할 수 있습니다. 버퍼가 개발자가 설정한 임계 용량에 도달하면 MAXM86161은 호스트 프로세서에 대한 인터럽트를 실행할 수 있습니다. 이 인터럽트에 응답하여 호스트는 지원되는 I²C 인터페이스를 통해 FIFO 버퍼를 비울 때까지 충분한 시간 동안 대기하거나 확장된 처리를 위해 깨어 있는 상태로 유지할 수 있습니다.

이 자율 방식으로 작동하든 호스트 프로세서를 직접 제어하든지에 상관없이 다른 장치 레벨 최적화 메커니즘을 사용하도록 MAXM86161을 프로그래밍할 수 있습니다.

개발자는 그런 메커니즘을 활용하여 측정 정확성을 위한 응용 분야 요구 사항을 충족하는 데 필요한 최소 수준으로 전류 소비를 줄일 수 있습니다. 개발자는 앞서 언급한 프로그래밍 가능 LED 출력 펄스 폭 기능을 조정하여 변화하는 측정 조건에 필요한 신호 무결성 수준을 제공할 수 있습니다. 증가한 신호 대 잡음비(SNR)가 필요한 경우 개발자는 펄스 폭을 필요한 범위까지 높일 수 있습니다(그림 6).

그림 6: 개발자는 LED 출력 펄스 폭을 네 가지 기간으로 설정하여 응용 분야에 필요한 SNR을 실현하는 데 필요한 최소 수준으로 전류를 줄일 수 있습니다. (이미지 출처: Maxim Integrated)

개발자는 다른 메커니즘을 사용하여 샘플링이 필요하지 않거나 감소한 업데이트 속도에서만 샘플링이 필요한 기간에 전력을 줄일 수 있습니다.

오랜 시간 동안 생체 계측이 필요하지 않은 경우 MAXM86161을 전원 차단 모드로 전환할 수 있습니다. 그러면 1.6μA의 전류만 소비합니다. 실제로 개발자는 장치의 내부 저드롭아웃(LDO) 조정기를 프로그래밍 방식으로 비활성화하여 전원 차단 전류를 약 0.05μA로 줄일 수 있습니다. 즉, LDO를 다시 시작하면 시작 시간 지연 또는 유입 전류 증가와 같은 자체적인 문제가 발생합니다. 이러한 문제 모두는 특정 배터리 구동 설계에서 문제가 될 수 있습니다.

또한, MAXM86161은 샘플링 속도가 256sps 이하일 때 샘플 간에 1.6μA 전원 차단 모드로 자동으로 전환하여 응용 제품의 기능 손실 없이 충분한 전력을 절감할 수 있는 메커니즘을 제공합니다.

이 자동 장치 레벨 전력 절감 메커니즘은 MAXM86161의 근접 감지 기능과 함께 작동하여 인이어 웨어러블이 피부와 접촉하지 않은 상태에서 전력을 절약할 수 있습니다. 예를 들어, 개발자는 사용자가 웨어러블을 분리할 때 전력을 낭비하는 대신 근접 감지 모드와 함께 제공되는 저전력 구성으로 장치를 설정하도록 일부 MAXM86161 레지스터를 지정할 수 있습니다.

근접 모드에서 장치는 PD 출력에서 반사 물체(예: 피부)가 가까이 접근하는 것을 나타내는 신호를 모니터링합니다. 이 모드에서 전력을 줄이기 위해 MAXM86161은 조명 광원으로 사용되는 LED로 구동 전류를 낮추고 샘플링 속도를 8sps로 줄입니다. 그러면 장치에서 샘플 간에 전원 차단 모드를 호출합니다. PD 출력이 프로그래머가 지정한 임계값을 벗어나면 MAXM86161은 전체 활성 모드로 자동으로 다시 전환하여 호스트 프로세서의 간섭 없이 샘플링을 수행하거나 인터럽트를 실행하여 프로세서를 깨웁니다.

개발 지원

MAXM86161에 통합된 포괄적인 기능은 간단한 하드웨어 인터페이스 요구 사항을 충족해야 합니다. 실제로 개발자는 몇 가지 추가적인 외장형 부품만 있으면 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컨트롤러 기반 설계에 MAXM86161 생체 계측 기능을 추가할 수 있습니다(그림 7).

그림 7: 광학 생체 감지에 필요한 모든 기능을 통합하므로 Maxim Integrated MAXM86161은 몇 가지 추가적인 하드웨어 부품만 있으면 하드웨어 인터페이스 설계를 완료할 수 있습니다. (이미지 출처: Maxim Integrated)

개발자는 MAXM86161EVSYS 평가 기판을 사용하여 기존 설계에서 MAXM86161 시제품을 빠르게 제작하거나 연결된 MAXM86161EVSYS 참조 설계를 맞춤형 하드웨어 구현을 위한 기반으로 활용할 수 있습니다.

MAXM86161 개발의 가장 까다로운 측면은 특정 응용 분야의 최적 구성을 결정하는 데 있습니다. 이 기사 전체에 표시된 대로 MAXM86161 생체 계측 장치는 풍부한 구성 설정과 성능 특성을 제공합니다.

개발자가 적합한 장치 구성에 더 빠르게 도달할 수 있도록 돕기 위해 Maxim Integrated는 MAXM86161 평가 소프트웨어 응용 제품을 제공합니다. 개발자는 이 응용 제품에서 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 사용하여 다양한 장치 설정의 효과를 살펴볼 수 있습니다. Maxim Integrated MAXM86161EVSYS 평가 기판용으로 설계된 응용 제품을 사용하면, 개발자가 장치 작동 파라미터를 쉽게 수정하고 MAXM86161 샘플링 성능 및 전력 소비의 측면에서 결과를 평가할 수 있습니다(그림 8).

그림 8: Maxim Integrated MAXM86161EVSYS 평가 기판과 함께 사용되는 Maxim Integrated의 MAXM86161 평가 소프트웨어 응용 제품을 활용하면 개발자가 일련의 메뉴를 통해 장치 설정을 변경하여 다양한 장치 구성을 살펴볼 수 있습니다. (이미지 출처: Maxim Integrated)

이 개발 플랫폼을 사용하여 MAXM86161 구성 설정을 결정하든 해당 구성 설정에 독립적으로 도달하든지에 상관없이, MAXM86161 프로그래밍은 주로 초기화 중이나 런타임에 MAXM86161로 설정을 로드하기 위한 쓰기 루틴의 문제인 경우가 많습니다.

예를 들어, 작성자는 Maxim Integrated에서 이 장치를 작동하는 데 필요한 기본 설계 패턴을 보여주는 간단한 MAXM86161 드라이버를 취득할 수 있습니다. 이 드라이버는 Maxim Integrated에서 곧 이용 가능할 예정입니다.

C 언어 구동 모듈에는 SpO₂ 측정(목록 1)과 같은 다양한 MAXM86161 기능을 수행하는 데 필요한 다양한 레지스터 업데이트를 보여주는 많은 샘플 루틴이 포함되어 있습니다.

복사 /* Write LED and SPO2 settings */ if (data->agc_is_enable)    err |= max86161_prox_led_init(data); else    err |= max86161_hrm_led_init(data);   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_INTERRUPT_ENABLE, DATA_RDY_MASK);   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_LED_RANGE_1,       ( MAX86161_LED_RGE << LED_RGE2_OFFSET )       | ( MAX86161_LED_RGE << LED_RGE3_OFFSET ));   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_PPG_CONFIGURATION_1,       ( MAX86161_PPG_TINT << PPG_TINT_OFFSET )       | ( MAX86161_ADC_RGE << PPG_ADC_RGE_OFFSET ));   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_PPG_CONFIGURATION_3,       ( MAX86161_LED_SETLNG << LED_SETLNG_OFFSET ));   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_PD_BIAS,       ( PD_BIAS_125_CS << PD_BIAS_OFFSET ));   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_FIFO_CONFIG_2,       FLUSH_FIFO_MASK | FIFO_STAT_CLR_MASK);   err |= max86161_write_reg(data, MAX86161_LED_SEQ_REG_1,       ( LED_RED << LEDC2_OFFSET )       | ( LED_IR << LEDC1_OFFSET ));   if (!atomic_read(&data->irq_enable)) {    enable_irq(data->irq);    atomic_set(&data->irq_enable, 1); } 

목록 1: MAXM86161 드라이버 소프트웨어의 이 코드 조각은 다양한 장치 레지스터에 구성 데이터를 기록하여 장치를 제어하기 위한 기본적인 접근 방식을 보여줍니다. (코드 출처: Maxim Integrated)

앞서 언급한 대로 SpO₂ 측정에서는 MAXM86161 작업의 공통 패턴을 따르며, 주로 LED 전류, 샘플링 속도, 디지털 필터 선택, ADC 작동 범위 등과 같은 파라미터 설정을 위해 장치 레지스터에서 설정 쓰기 과정이 포함됩니다.

설정에 적절한 MAXM86161 레지스터를 업데이트한 후 목록 1에 설명된 대로 레지스터 0x20(MAX86161_LED_SEQ_REG_1)의 LEDC2 및 LEDC3 필드를 각각 이진수 0010(LED_IR) 및 0011(LED_RED)로 설정하여 측정 시퀀스를 정의하고 즉시 시작합니다.

결론

인이어 피트니스 웨어러블은 지속적인 생체 계측 정확성을 제공할 수 있지만 작은 크기와 초저전력 소비에 대한 엄격한 설계 요구 사항을 제시합니다. 그림과 같이 Maxim Integrated MAXM86161 생체 계측 장치는 인이어 웨어러블의 크기 및 전력 제약 조건을 충족하면서 HR 및 SpO₂를 모니터링하는 데 필요한 완벽한 광학 데이터 취득 시스템을 제공합니다.

참고 자료

1. Bunn, J., Wells, E., Manor, J., & Webster, M.(2019). Evaluation of Earbud and Wristwatch Heart Rate Monitors during Aerobic and Resistance Training. International Journal of Exercise Science, 12(4), 374–384.