Производство печатных плат для браслетов отслеживания сна, предназначенных для мониторинга фотоплетизмографии, вариабельности сердечного ритма и ночного сна.

Печатная плата фитнес-браслета для отслеживания сна разработана для иного режима работы, чем смарт-часы для дневного использования. Она должна поддерживать контакт с кожей в течение многих часов, собирать данные PPG и движения с минимальной утечкой света, непрерывно работать от небольшой батареи и не будить пользователя перегревом, светодиодами или дискомфортом, связанным с зарядкой. Некоторые продукты ориентированы только на сон и восстановление; другие пересекаются с фитнес-браслетами и носимыми устройствами для круглосуточного мониторинга здоровья.

С точки зрения производства, наиболее сложными переменными являются оптическая схема, сверхнизкий ток в режиме сна, ориентация датчика, интерфейс батареи/зарядки и гибкая механическая посадка на запястье. Компания Highleap Electronics производит разработанные заказчиком платы для трекеров сна и восстановительных браслетов; определение стадий сна, показатели здоровья и клинические данные остаются за алгоритмом OEM-производителя и проверкой продукта.

Типы и архитектуры датчиков фитнес-браслетов для отслеживания сна

Браслеты для отслеживания сна варьируются от простых браслетов для использования в ночное время до браслетов для восстановления вариабельности сердечного ритма, устройств, ориентированных на измерение уровня кислорода в крови (SpO2), и носимых устройств без экрана. Класс продукта определяет количество оптических датчиков, расход заряда батареи, требования к дисплею и объем обработки сигнала, необходимый на печатной плате.

• Печатная плата браслета для отслеживания сна: Базовая архитектура с PPG, акселерометром, BLE и батареей для сбора данных о сне/бодрствовании и частоте сердечных сокращений в ночное время.
• Печатная плата для восстановления вариабельности сердечного ритма: Добавляет высококачественную обработку PPG-сигнала от удара к удару, измерение температуры кожи и встроенное программное обеспечение, ориентированное на восстановление.
• Печатная плата для браслета монитора сна SpO2: Использует многоволновое оптическое зондирование и более точный контроль геометрии светодиода/фотодиода.
• Браслет для отслеживания сна без экрана: Для уменьшения толщины и энергопотребления удаляется дисплей, при этом часто используется синхронизация с приложениями.
• Фитнес-трекер с режимом сна: Добавляет функции отображения информации о дневной активности, уведомлений или дисплея, а также имеет более широкий энергетический бюджет.
• Сопутствующие товары: «Умные» кольца, фитнес-трекеры, повязки на голову с ЭЭГ и маски для сна могут отслеживать схожие показатели, но используют разные места расположения датчиков и механическую конструкцию.

Почему использование ревизионной ленты без экрана представляет собой иную возможность для создания печатной платы?

Удаление дисплея освобождает место на плате и энергетический бюджет для датчиков и батареи, а также меняет компоновку корпуса. Таким образом, печатная плата для устройства восстановления сна может отдавать приоритет низкопрофильным датчикам, оптической стабильности и длительному времени работы, а не электронике пользовательского интерфейса.

Разработка печатной платы для оптического датчика PPG, SpO2 и HRV

В методе фотоплетизмографии (PPG) используются светодиоды и фотодиод/аналоговый эмиттер для измерения изменений отраженного кровотока. Для отслеживания сна электроника работает длительное время с низким уровнем шума, поэтому оптическая механика так же важна, как и принципиальная схема.

• Оптический аналоговый интерфейсный модуль: В компактных носимых устройствах можно использовать специализированные малошумящие аналоговые интерфейсные модули PPG, предназначенные для измерения частоты сердечных сокращений и уровня насыщения крови кислородом (SpO2). Точный тип модуля должен оставаться под контролем производителя оборудования.
• Длина волны светодиодов: В зависимости от изделия могут использоваться зеленый, красный и инфракрасный каналы; каждый из них увеличивает ток драйвера и требования к оптическому окну.
• Световой барьер: Механическое разделение между светодиодами и фотодиодом уменьшает прямые перекрестные помехи.
• Выравнивание окна: Высота датчика на печатной плате, прокладка, линза и давление контакта с кожей должны оставаться неизменными на протяжении всего производственного процесса.
• Аналоговый шум: Токи зарядного устройства, радиочастотного сигнала и тактильной обратной связи следует по возможности максимально изолировать от входного каскада генератора импульсов.

Может ли завод-изготовитель печатных плат проверить точность определения стадий сна?

Нет. Он может проверять связь с датчиками, оптический отклик и текущее состояние. Точность определения стадий сна и вариабельности сердечного ритма/восстановления — это результаты работы алгоритма/системы, которые требуют проверки производителем оборудования по соответствующему эталонному методу.

Совмещение данных о температуре кожи, показаний инерциального измерительного блока и других датчиков для отслеживания в течение ночи.

Браслеты для сна часто объединяют фотоплетизмографию (PPG) с данными о движении и температуре. Для того чтобы программное обеспечение могло сравнивать данные разных пользователей и за разные ночи, эти сигналы должны иметь постоянный механический контакт и ориентацию.

• Датчик температуры кожи: Разместите его в непосредственной близости от кожи и на значительном расстоянии от источников тепла, таких как зарядное устройство, микроконтроллер и радиомодуль.
• ИДУ: Носимое устройство IMU с низким энергопотреблением может определять движение и позу во время сна; ориентация оси должна соответствовать системе координат браслета.
• Слияние датчиков: Качество PPG можно интерпретировать вместе с данными о движении, но алгоритм зависит от конкретного набора датчиков и версии прошивки.
• Стабильность контакта: Натяжение ремня и кривизна корпуса влияют как на оптическое, так и на температурное измерение.
• Дополнительно: биоимпедансный анализ/ЭКГ: В некоторых современных фитнес-браслетах могут быть добавлены электроды, что создает другую аналоговую конструкцию и конструкцию, контактирующую с кожей, стоимость которой должна рассчитываться отдельно.

Сверхнизкое энергопотребление BLE и бюджет на использование батареи в течение ночи

Устройство для отслеживания сна должно работать в режиме сбора данных и запоминания информации в течение всей ночи, а затем оставаться работоспособным в течение дня. Поэтому при производстве печатных плат следует тестировать текущее состояние батареи, а не предполагать её время работы от батареи на основе схемы.

• Bluetooth с низким энергопотреблением: Для синхронизации приложений и обновления прошивки можно использовать выпущенную версию. Печатная плата Bluetooth архитектура с контролируемым запретом доступа антенн.
• Глубокий сон: Датчики, подтягивающие резисторы, вспышки и стабилизаторы напряжения должны перейти в предназначенное для них состояние низкого энергопотребления.
• Рабочий цикл PPG: Потребляемая мощность светодиода часто преобладает над потребляемой мощностью датчика; ограничения по току, установленные в программном обеспечении и аппаратном обеспечении, должны соответствовать утвержденной конструкции.
• Управление батареей: Далее может следовать процесс зарядки/защиты. печатная плата управления аккумулятором принципы и выбранные пределы ячеек.
• Контакты для зарядки или док-станция: Магнитные/подвижные системы должны быть устойчивы к поту и иметь механическую центровку, при этом размещение магнита рядом с чувствительными датчиками должно быть подтверждено соответствующим образом.

Гибкие, жестко-гибкие и бесэкранные ленточные механические конструкции

Конструкция ремешков сильно различается. В некоторых изделиях используется небольшой жесткий элемент, в других — гибкие концы или электроника, распределенная по всему ремешку.

• Жесткий сенсорный модуль: Упрощает сборку и позволяет сосредоточить оптические, радиочастотные и аккумуляторные функции в одном герметичном корпусе.
• Гибкая печатная плата: Гибкая печатная плата может вставлять электроды, светодиоды или зарядные контакты в мягкий ремешок.
• Жестко-гибкий: Жесткая гибкая печатная плата Это позволяет уменьшить количество разъемов и создать более тонкий изогнутый модуль.
• ИРЧП: В плотных оптических/SoC-конструкциях могут использоваться HDI Печатные платы Когда это оправдано использованием WLCSP или площадью печатной платы. Очень компактные оптические и радиочастотные секции также могут быть использованы. 0201 SMD-компоненты где преимущество в плотности перевешивает более узкие рамки процесса сборки.
• Поверхность, обращенная к коже: Медь, кромки компонентов и ребра жесткости не должны создавать неприятных точек давления под корпусом.

Сборка печатной платы и проверка оптических датчиков перед окончательной герметизацией.

Перед окончательным соединением сенсорного окна и корпуса необходимо завершить оптические, токовые и программные проверки при производстве браслетов для сна.

• Сборка с малым шагом: Компания Highleap может предоставить Сборка печатной платы для датчиков WLP/LGA, компонентов BLE SoC и PMIC.
• Контролируемый выбор поставщиков: Оптические датчики, инерциальные измерительные блоки, устройства для измерения температуры и батареи должны соответствовать этим требованиям. компонентный источник правила.
• АОИ: АОИ в PCBA Можно проверить ориентацию датчика и мелкие пассивные компоненты перед установкой оптической прокладки.
• Оптическая чистота: Посторонние частицы, клей или отпечатки пальцев вокруг окошка светодиода/фотодиода могут изменять показания.
• Сериализация: Данные калибровки или данные о вариантах датчиков должны быть привязаны к соответствующему устройству, если производитель оборудования использует параметры, специфичные для каждого устройства.

Функциональное тестирование браслета для мониторинга сна в производственной среде.

Наиболее полезным заводским испытанием является набор детерминированных электрических и сенсорных контрольных точек. Ношение браслета человеком в течение ночи не является подходящим методом приемки продукции.

• Тест ФПГ: Проверьте работу светодиода, отклик фотодиода/AFE и идентификатор датчика, используя штатное смотровое устройство производителя.
• Инерциальный измерительный блок/температура: Проверьте коммуникацию, реакцию на ориентацию и правдоподобные ценности.
• БЛЕ: Проверьте сопряжение, последовательный идентификатор или передачу данных в тестовом режиме.
• Текущий: Измеряйте активные фазы фотоплетизмографии (ФПГ) и состояния глубокого сна в сравнении с заданными пределами.
• Зарядка: Проверьте обнаружение контакта/стыковки и показания батареи.
• ПКТ: Highleap может выполнять действия, определяемые пользователем. функциональное тестирование с записью результатов.

Контрольный список запроса коммерческого предложения на производство печатных плат для браслета для отслеживания сна

Для составления коммерческого предложения предоставьте точную информацию о структуре оптических датчиков, инерциальном измерительном блоке/датчиках температуры, архитектуре BLE/антенны, конструкции батареи и системы зарядки, файлы жесткой/гибкой конструкции, размерах ремешка/корпуса, микропрограммном обеспечении и предельных значениях тестирования.

Одна и та же производственная платформа может поддерживать печатные платы для браслетов мониторинга сна , платы для трекеров сна с фотоплетизмографией (PPG) , платы для браслетов восстановления вариабельности сердечного ритма (HRV) , электронику для трекеров сна без экрана , платы для браслетов сна с измерением SpO2 и сборки печатных плат для носимых датчиков сна . Умные кольца и фитнес-трекеры используют аналогичные датчики, но их оптическая геометрия, антенная схема и механическая структура должны рассматриваться как отдельные конструкции изделий.