「バイオセンシングモジュールを使用したヘルスフィットネスウェアラブルの開発」(Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)

　「アプリケーションラボ」は、Digi-Key社のご協力をいただいて、Digi-Key社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。

　今回は、Maxim Integrated社のMAXM86146バイオセンシングモジュールを使用して、心拍数と血中酸素飽和度(SpO2)を測定できるウェアラブル機器を開発する方法について解説した記事をご紹介します。

■バイオセンシングモジュールを使用したヘルスフィットネスウェアラブルの開発

　IoT技術が進化したおかげで、様々な機能を持つウェアラブル機器の開発が可能になりました。そして昨今の健康ブームに合わせて身体の状態を常に観察できるウェアラブル機器の開発が進んでいます。Maxim Integrated社はこの分野に早くから注目し、心拍数と血中酸素飽和度(SpO₂)を測定できるデバイスを開発し販売しています。また、昨年突如猛威を振るい始めた新型コロナウイルスへの対処法としてもSpO₂を測定できる機器の需要が急速に増えています。新型コロナウイルスに感染することで、呼吸機能が低下する症状をモニタリングすることができるためです。

＜　MAXM86146を使用した構成例　＞

　【アプリケーションラボ】では、Maxim Integrated社のMAXM86146というバイオセンシングモジュールを使用して、心拍数とSpO2を計測できる機器の開発方法を解説しています。

　MAXM86146は、外部LEDからの光を受光するための2個の高感度フォトダイオードと受光した光をデジタルデータに変換するアナログフロントエンド(AFE)、そしてArm Cortex-M4によるマイコンで構成されています。AFEには2つの読み出しチャネルがあり、両方のチャネルには独立した19ビットA/Dコンバータと、周囲光キャンセル(ALC)回路があります。

　MAXM86146は世界最小の光データ収集システム(4.5mm×4.1mm×0.88mmの38ピンOLGAパッケージ)で、外部に必要となるのはLEDとLEDからの入力を切り替えるアナログスイッチだけです。ただし、3軸加速度センサを加えることにより、心拍数測定中のユーザーの動きを補正したり、ユーザーが短時間静止する必要のあるSpO2測定中に動きを検出することができます。

＜　MAXM86146EVSYSの外観　＞

　MAXM86146には、MAXM86146EVSYSという評価システムが用意されています。

　MAXM86146EVSYSは、メインとなるデータ収集ボード(MAXSensor BLE#)とセンサードータボード(MAXM86146_OSB#)の2つのボードで構成されています。MAXSensor BLE#には、MAX32620ホストマイコンとNRF52832 Bluetoothチップが搭載されています。

　MAXM86146_OSB#には、MAXM86146とLED、アナログスイッチが搭載されています。電源は、USB Type-Cまたはリチウムポリマー電池を使用して給電ができます。評価用のソフトがMaxim社から提供されているので、すぐに動作の確認を始めることができます。

　ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。

バイオセンシングモジュール 【MAXM86146】　1,340.23円
MAXM86146評価システム 【MAXM86146EVSYS】　17,380.44円
DPDTアナログスイッチ 【MAX14689】　413.89円

　下記の2本の解説記事も同時に公開しました。合わせて参考にしてください。

■自動化装置内の電力品質の維持

　電源装置では、電圧サージ、停電、周波数の不安定性、ノイズなどが問題になります。ここではこのような問題に対処して、電子機器に安定した電力を供給できるようにするために電源装置に求められる対策について解説します。

■2G、3G、4G LTEネットワークの廃止に関する更新情報

　5Gの実用化が始まりましたが、2G、3G、4G LTEなどの従来のセルラーネットワークはどうなっていくのかが注目されています。ここでは、これらのネットワークの寿命や、4G LTEネットワークを利用できる期間といった疑問に回答します。

　ここでは、ZEPエンジニアリングが企画し製品化した、プロオーディオ機器に使用する高精度電子ボリュームの組み立てキット「MZ-PGA2311」をご紹介します。「MZ-PGA2311」は、テキサス・インスツルメンツ社の電子ボリュームIC PGA2311をPICマイコンで制御することで、右チャンネルと左チャンネルのゲイン誤差が±0.05dB、クロストークが－130dBFSという高精度を実現しています。

　オーディオアンプなどに使用されているボリュームには、一般に抵抗素子を用いた可変抵抗器を使用します。市販の高級オーディオ機器では、左右の音量誤差(ギャング・エラー)を1dB以下に選別したものを使用しますが、秋葉原などで入手できる可変抵抗器は選別されていないので、右チャンネルと左チャンネルで使用すると明らかに音量差が出ます。ヘッドホンアンプでは、このわずかな左右のゲイン誤差が問題になります。そこで、この高精度電子制御ボリュームキット「MZ-PGA2311」を使用すれば、この問題を完全に解消することができます。

■高精度電子制御ボリュームキット「MZ-PGA2311」の仕様
　・調整範囲：＋31.5～－95.5dB＠0.5dB/step
　・歪み率：0.0002%
　・左右のゲイン誤差：±0.05dB
　・クロストーク：－130dBFS
　・電源にオーディオ用シャントレギュレータNJM7400を使用
　・Bカーブ可変抵抗による指示(配線による延長も可)
　・Aカーブボリュームと同等の操作感
　・約3秒間の電源ONミュート後、指示ボリューム位置までRAMP-UP
　・＋15dBまでのゲインUPモードあり
　・ステータスインジケータLED
　・最大入力信号電圧：3.5VRMS(ピーク電圧±5.0V)
　・最大出力信号電圧：2.8VRMS(ピーク電圧±4.0V)
　・基板サイズ：68mm×32mm

プロオーディオ用高精度電子ボリューム(マイコン搭載) 【MZ-PGA2311】　9,800円