Uniseurantalaitteiden piirilevyjen valmistus PPG-, HRV- ja yökäyttöön tarkoitetuille puettaville laitteille

Unen seurantarannekkeen piirilevy on suunniteltu erilaiseen käyttösykliin kuin päiväkäyttöön tarkoitettu älykello. Sen on pysyttävä ihokosketuksessa useita tunteja, kerättävä PPG- ja liiketietoja minimoimalla valon vuoto, toimittava jatkuvasti pienellä akulla ja vältettävä käyttäjän herättämistä lämmöllä, LED-valoilla tai lataukseen liittyvällä epämukavuudella. Jotkut tuotteet keskittyvät vain uneen ja palautumiseen; toiset keskittyvät samaan aikaan kuntorannekkeiden ja 24/7-hyvinvointilaitteiden kanssa.

Valmistuksen näkökulmasta vaikeimmat muuttujat ovat optinen pino, erittäin alhainen univirta, anturin suunta, akku-/latausliitäntä ja joustava mekaaninen istuvuus ranteen ympärille. Highleap Electronics valmistaa asiakaskohtaisesti suunniteltuja uniseurantalaitteita ja palautumisrannekkeita; unen vaiheistus, terveysmittarit ja kliiniset väitteet pysyvät alkuperäislaitevalmistajan algoritmin ja tuotteen validoinnin varassa.

Uniseurantaranneketuotetyypit ja anturiarkkitehtuurit

Unen seurantaan tarkoitettuja rannekkeita on yksinkertaisista yön yli käytettävistä rannekkeista sykevälivaihtelua (HRV) mittaaviin palautumisrannekkeisiin, SpO2-mittauksiin keskittyviin malleihin ja näytöttömiin puettaviin laitteisiin. Tuoteluokka määrittää optisen anturipinon, akun keston, näyttövaatimukset ja piirilevyllä tarvittavan signaalinkäsittelyn määrän.

• Unen seurantarannekkeen piirilevy: Perusarkkitehtuuri, jossa on PPG, kiihtyvyysanturi, BLE ja akku yöaikaista unta/valveillaoloa ja sykedataa varten.
• HRV-palautumiskaistan piirilevy: Lisää korkealaatuisen tahdistuskohtaisen PPG-prosessoinnin, ihon lämpötilan ja palautumiseen keskittyvän laiteohjelmiston.
• SpO2-unimonitorin nauhan piirilevy: Käyttää usean aallonpituuden optista tunnistusta ja LED/fotodiodigeometrian tarkempaa hallintaa.
• Näytötön unen seurantalaite: Poistaa näytön paksuuden ja virrankulutuksen vähentämiseksi, usein sovellusten synkronoinnin avulla.
• Hyvinvointi-/kuntoiluranneke unitilalla: Lisää päiväaikaisia ​​toimintoja, ilmoituksia tai näyttötoimintoja ja tarjoaa laajemman virrankulutusbudjetin.
• Vierekkäiset tuotteet: Älysormukset, aktiivisuusrannekkeet, EEG-pääpannat ja unimaskit voivat seurata toisiinsa liittyviä mittareita, mutta niissä käytetään erilaisia ​​anturien sijainteja ja mekaanisia arkkitehtuureja.

Miksi näytötön palautusraita on erilainen piirilevyratkaisu?

Näytön irrottaminen vapauttaa piirilevytilaa ja virrankulutusta antureille ja akulle sekä muuttaa kotelopinoa. Uniajastinpiirilevy voi siksi priorisoida matalaprofiilisen tunnistuksen, optisen vakauden ja pitkän käyttöajan käyttöliittymäelektroniikan sijaan.

PPG-, SpO2- ja HRV-optisten antureiden piirilevyjen suunnittelu

PPG käyttää LEDejä ja fotodiodia/AFE:tä heijastuneen verenkierron muutosten mittaamiseen. Unen seurannassa elektroniikka toimii pitkiä aikoja alhaisella kohinalla, joten optinen mekaniikka on yhtä tärkeää kuin kytkentäkaavio.

• Optinen automaattisella tarkennuksella (AFE): Kompakteissa puettavissa laitteissa voidaan käyttää sykkeen ja SpO2:n mittaukseen suunniteltuja, kohinattomia PPG-AFE-sensoreita. Tarkan osan tulisi pysyä alkuperäislaitevalmistajan valvonnassa.
• LED-aallonpituudet: Tuotteesta riippuen voidaan käyttää vihreitä, punaisia ​​ja infrapunakanavia; jokainen lisää ohjainvirran ja optisen ikkunan vaatimukset.
• Valoeste: LEDien ja fotodiodin mekaaninen erottelu vähentää suoraa ylikuulumista.
• Ikkunoiden kohdistus: Piirilevyn anturin korkeuden, tiivisteen, linssin ja ihokosketuksen paineen tulee pysyä samoina koko tuotannon ajan.
• Analoginen kohina: Laturi-, radiotaajuus- ja haptiset virrat tulisi eristää PPG:n etupään osista mahdollisimman hyvin.

Voiko piirilevytehdas validoida univaiheiden tarkkuuden?

Ei. Se voi varmistaa anturitiedonsiirron, optisen vasteen ja nykyiset tilat. Univaihe ja sykevaihtelun/palautumisen tarkkuus ovat algoritmin/järjestelmän tuloksia, jotka vaativat OEM-validoinnin asianmukaisella vertailumenetelmällä.

Ihon lämpötila, IMU ja anturifuusio yön yli tapahtuvaan seurantaan

Unisignaalit yhdistävät usein PPG:n liikkeen ja lämpötilan kanssa. Näiden signaalien on oltava johdonmukaisia ​​mekaanisen kontaktin ja suunnan suhteen, jos laiteohjelmiston odotetaan vertailevan tietoja käyttäjien ja öiden välillä.

• Ihon lämpötila-anturi: Aseta se lähelle ihoa ja suojaa sitä termisesti laturilta, mikrokontrollerilta ja radion lämmönlähteiltä.
• IMU: Vähätehoinen puettava IMU pystyy tunnistamaan liikkeen ja nukkumisasennon; akselin suunnan on vastattava kaistan koordinaatistoa.
• Anturifuusio: PPG-laatua voidaan tulkita liikedatan rinnalla, mutta algoritmi riippuu tarkasta anturisarjasta ja laiteohjelmistoversiosta.
• Yhteystietojen johdonmukaisuus: Hihnan kireys ja kotelon kaarevuus vaikuttavat sekä optiseen että lämpötila-antureihin.
• Valinnainen bioimpedanssi/EKG: Joissakin edistyneissä hyvinvointirannekkeissa voi olla elektrodeja, mikä luo erilaisen analogisen ja ihokontaktissa olevan muotoilun, josta on sovittava erikseen.

Erittäin vähän virtaa kuluttava BLE ja yön yli kestävä akkubudjetti

Uniseurantalaitteen on toimittava tunnistus- ja muistitoiminnoilla koko yön ja pysyttävä sitten käyttökelpoisena päivän aikana. Piirilevyjen valmistuksen tulisi siksi testata virtatiloja sen sijaan, että akun kestoa oletettaisiin kytkentäkaavion perusteella.

• Bluetooth Low Energy: Sovellusten synkronointi ja laiteohjelmiston päivitys voivat käyttää julkaistua Bluetooth-piirilevy arkkitehtuuri, jossa antennin pääsy hallitaan.
• Syvä uni: Anturikiskojen, leuanvetojen, salaman ja säätimien tulisi siirtyä aiottuun virransäästötilaan.
• PPG-käyttösuhde: LED-virta on usein tuntotehon kannalta hallitseva; laiteohjelmiston ja laitteiston virtarajojen tulisi vastata hyväksyttyä suunnittelua.
• Akun hallinta: Lataus/suojaus voi seurata akun hallintapiirilevy periaatteet ja valittujen solujen rajat.
• Latauskoskettimet tai telakka: Magneettisten/pogo-järjestelmien tulee olla hienkestäviä ja mekaanisesti kohdistettuja ilman, että magneettia asetetaan herkkien antureiden viereen, ellei sitä ole validoitu.

Joustavat, jäykät ja näytöttömät kaistan mekaaniset arkkitehtuurit

Rannekkeen rakenne vaihtelee suuresti. Joissakin tuotteissa käytetään pientä jäykkää koteloa, toisissa taas taipuisia päitä tai rannekkeen läpi jaettua elektroniikkaa.

• Jäykkä anturikotelo: Yksinkertaistaa kokoamista ja voi keskittää optiset, radiotaajuus- ja akkutoiminnot yhteen suljettuun koteloon.
• Joustava piirilevy: Joustava piirilevy voi kuljettaa elektrodeja, LEDejä tai latauskoskettimia pehmeään rannekkeeseen.
• Jäykkä-joustava: Jäykkä-flex PCB voi vähentää liittimiä ja tehdä ohuemman kaarevan moduulin.
• HDI: Tiheät optiset/SoC-mallit voivat käyttää HDI-piirilevy kun WLCSP:n poistumisaukko tai piirilevyn alue sen oikeuttaa. Myös erittäin kompakteja optisia ja RF-osia voidaan käyttää 0201 SMD-komponentit jossa tiheyshyöty on suurempi kuin tiukempi kokoonpanoprosessi.
• Ihoa vasten oleva pinta: Kuparin, komponenttien reunojen ja jäykisteiden ei tulisi aiheuttaa epämukavia painepisteitä kotelon alle.

PCBA-kokoonpano ja optisten antureiden tarkastus ennen lopullista tiivistystä

Unianturin tuotannon tulisi viimeistellä optiset, virta- ja ohjelmointitarkistukset ennen anturi-ikkunan ja kotelon pysyvää liittämistä.

• Hienojakoinen kokoonpano: Highleap voi tarjota PCB -kokoonpano WLP/LGA-antureille, BLE SoC- ja PMIC-komponenteille.
• Kontrolloitu hankinta: Optisten antureiden, IMU-laitteiden, lämpötila-anturien ja akkujen tulisi noudattaa komponenttien hankinta sääntöjä.
• AOI: AOI PCBA:ssa voi tarkistaa anturin suunnan ja pienet passiivit ennen optisen tiivisteen asentamista.
• Optinen puhtaus: LED-/fotodiodi-ikkunan ympärillä oleva juoksute, liima tai sormenjäljet ​​voivat muuttaa lukemia.
• serialization: Kalibrointi- tai anturivarianttitiedot tulee linkittää oikeaan yksikköön, jos laitevalmistaja käyttää laitekohtaisia ​​parametreja.

Unen seurantarannekkeen tuotantotoiminnan testi

Hyödyllisin tehdastesti on joukko deterministisiä sähkö- ja anturitarkastuspisteitä. Rannekkeen pitäminen yön yli ei ole sopiva tuotannon hyväksyntämenetelmä.

• PPG-testi: Tarkista LED-aseman, fotodiodin/AFE:n vaste ja anturin tunniste käyttämällä alkuperäisvalmistajan kiinnitintä.
• IMU/lämpötila: Tarkista viestintä, perehtymiseen liittyvä vastaus ja uskottavat arvot.
• BLE: Varmista pariliitos, sarjanumeron identiteetti tai testitilan tiedonsiirto.
• Nykyinen: Mittaa aktiivista PPG:tä ja syvän unen tiloja määriteltyihin rajoihin verrattuna.
• Lataus: Tarkista kontaktin/telakan tunnistus ja akun varaustason mittaus.
• FCT: Highleap voi toteuttaa asiakkaan määrittelemiä toiminnallinen testaus kirjattujen tulosten kanssa.

RFQ-tarkistuslista unen seurantalaitteiden piirilevyjen tuotantoon

Tarjousta varten ilmoita tarkka optinen anturipino, IMU/lämpötila-anturit, BLE/antenniarkkitehtuuri, akku- ja lataussuunnittelu, jäykät/joustavat tiedostot, hihnan/kotelon mitat, laiteohjelmisto ja testirajat.

Sama valmistusalusta voi tukea unen seurantaan tarkoitettuja rannekkeita , PPG-uniseurantalaitteita , sykevälivaihtelua mittaavia palautumisrannekkeita , näytöttömiä uniseurantalaitteita , SpO2-unirannekkeita ja puettavia unianturilaitteita . Älysormukset ja fitness-seurantalaitteet käyttävät samankaltaisia ​​antureita, mutta niiden optinen geometria, antenniympäristö ja mekaaninen pino tulisi käsitellä erillisinä tuotesuunnitelmina.