披露了一种电子设备，所述电子设备包括用于驱动LED模块的匹配滤波器。所述匹配滤波器接收传入矩形脉冲并且输出调制驱动信号以驱动所述LED模块。来自所述LED的光学输出被光学传感器捕获并且被转换成电信号以用于分析。抽取滤波器耦合至所述光学传感器，以便降低所转换的电信号的采样率和量化噪声。从匹配滤波器输出的调制驱动信号保持与所述抽取滤波器的所述时间镜像脉冲响应相匹配的LED电流、因此相匹配的LED光，以在固定功率量下获得或接近理论上的最大信噪比(SNR)。
Matched filter technology configured to use tilt response to light up LED
【技术实现步骤摘要】
被配置为使用倾斜响应来点亮LED的匹配滤波器技术专利技术背景A.
本披露总体上涉及匹配滤波器，并且更具体地涉及LED驱动器中的匹配滤波器。B.
技术介绍
发光二极管(LED)在各行业中具有广泛应用。与传统白炽光源相比，LED具有多个优点，诸如更低能耗、更长寿命、改进的物理鲁棒性、更小尺寸、更低成本、以及更快的切换。LED已经广泛用于消费者电子产品、可穿戴电子产品或生物传感器，诸如脉搏血氧仪。非常重要的是，LED以高功率效率操作，以便为具有有限能量存储的电池提供较长的使用寿命。在心率和血氧(SPO2)测量应用中，LED驱动器消耗大量的功率。典型的脉搏血氧仪使用电子处理器和一对较小LED来发射穿过用户身体的半透明部位(诸如，指尖、耳垂、或脚趾)的红光和/或红外光。并入在脉搏血氧仪内的光学传感器(如光电二极管)捕获透射光(未被吸收的)以用于分析。典型的脉搏血氧仪的LED模块通常使用矩形脉冲来驱动，所述矩形脉冲并不总是与同光电二极管相关联的滤波器的时间镜像脉冲响应相匹配。因此，血氧仪可能无法操作用于实现固定功率量的理论最大信噪比(SNR)；发射形状和接收形状可能不匹配。将期望使用优化的波形来驱动LED以在有限的功率量下实现高SNR。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及一种使用期望波形来驱动LED以获得高SNR的匹配滤波器以及其实现方法。在各实施例中，披露了一种电子设备，所述电子设备包括用于驱动LED模块的匹配滤波器。所述匹配滤波器接收传入矩形脉冲并且输出调制驱动信号以驱动所述LED模块。来自所述LED的光学输出被诸如光电二极管等光学传感器捕获以用于分析。在实施例中，所述光学传感器包括用于降低所捕获信号的采样率和量化噪声的抽取滤波器。从所述匹配滤波器输出的调制驱动信号维持调制器与LED电流之间的相关性并且近似于抽取滤波器的镜像脉冲响应。在一些实施例中，所述抽取滤波器是三阶抽取滤波器并且因此具有二次脉冲响应。所述匹配滤波器是无源滤波器，所述无源滤波器能够将矩形脉冲调制成具有与二次脉冲响应很好近似的调制信号。所述匹配滤波器仅包括诸如电阻器和电容器等无源部件，并且因此易于实现。在一些实施例中，匹配滤波器是高通电阻器-电容器(RC)滤波器，所述高通电阻器-电容器滤波器包括第一电阻器、第二电阻器和电容器。第一电阻器和第二电阻器两者都使一端接地并且另一端耦合至电容器。匹配滤波器在第一电阻器侧上接收矩形脉冲并且从第二电阻器侧输出调制信号。在实施例中，所述第二电阻器具有比所述第一电阻器高的电阻。此外，所述第二电阻器和所述电容器中的至少一者可调节或可编程以获得期望的调制信号。在一些实施例中，可以通过以下操作实现期望的调制信号：合成期望数字波形、经由数字/模拟转换器(DAC)将合成的数字波形转换成模拟信号、并且然后使用模拟信号驱动LED模块。对本披露的各种修改将根据详细描述、权利要求以及附图而变得明显。详细描述和具体示例旨在仅用于说明的目的并且并不旨在限制本披露的范围。附图说明将参照本专利技术的在附图中展示的示例性实施例。这些附图旨在为说明性的，而并非限制性的。尽管总体上在这些实施例的上下文中描述了本专利技术，但通过这样做不旨在将本专利技术的范围限制成所描绘或所描述的实施例的具体特征。图1是根据本专利技术的各实施例的电子设备的框图。图2是根据本专利技术的各个实施例的具有LED模块的匹配滤波器的示意图。图3是根据本专利技术的各个实施例的三阶脉冲响应与负指数的近似。图4是根据本专利技术的各实施例的电子设备的替代性框图。本领域技术人员将认识到可以根据说明书来实践本专利技术的各实施方式和实施例。所有这些实施方式和实施例都旨在被包括在本专利技术的范围内。具体实施方式在以下描述中，为了解释的目的，阐述了具体细节以便提供对本专利技术的理解。然而，本专利技术可以在不具有这些细节中的一些或全部的情况下进行实践。以下描述的本专利技术的实施例可以并入多个不同的电子部件、电路、设备和系统。在框图中示出的结构和设备是本专利技术的示例性实施例的展示，并不是用作由其模糊本专利技术的广泛教导的托辞。在图内的部件之间的连接不旨在局限于直接连接。而是，在部件之间的连接可以被中间部件修改、重新格式化或以其他方式改变。当本说明书参照“一个实施例”或参照“实施例”时，旨在意味着，结合所讨论的实施例描述的具体特征、结构、特性或功能被包括在本专利技术的至少一个设想的实施例中。因此，短语“在一个实施例中”在本说明书中的不同地方出现并不构成对本专利技术的单个实施例的多个引用。本专利技术的各实施例用于LED驱动器的匹配滤波器以及其实现方法。匹配滤波器维持调制器与LED电流之间的相关性，并且近似于LED光感测电路内的抽取滤波器的镜像脉冲响应。图1示出了根据本专利技术的各实施例的电子设备100的框图。电子设备100包括控制器110、匹配滤波器120、LED模块130、光学传感器140、模数转换器(ADC)150。电子设备100可以是便携式电子设备、可穿戴生物传感器，诸如可穿戴心跳传感器、SpO2(外围毛细血管血氧饱和度)传感器等。在实施例中，电子设备100还可以是集成在智能电话或可穿戴设备内的补充。匹配滤波器120接收来自控制器110的驱动信号112并且输出调制驱动信号122以驱动LED模块130，以便获得期望的LED光132输出。诸如光电二极管等光学传感器140感测LED光132并且输出电信号142以供ADC150处理或分析。ADC150将电信号142转换成具有期望比特率和分辨率的数字信号。在实施例中，ADC150可以实施用于模拟到数字转换的δ-Σ(ΔΣ)调制。ADC150可以进一步并入诸如抽取滤波器152等抽取结构，以获得期望的信号处理性能。所述抽取是通过整数因子、有理数因子、或无理数因子来降低信号的采样率的过程。除了下采样并且因此降低时钟频率之外，抽取滤波器还执行移除带外信号和噪声。抽取滤波器可以是一阶、二阶、三阶、或甚至更高阶滤波器。在实施例中，抽取滤波器可以是sinc滤波器或级联积分梳状滤波器(CIC)。抽取滤波器具有取决于抽取滤波器的阶数的特定脉冲响应。例如，一阶滤波器脉冲响应具有矩形形状；二阶滤波器具有三角形(线性)脉冲响应；而三阶滤波器脉冲响应具有二次响应。对于功率效率，期望使LED电流(因此LED光)与抽取滤波器的时间镜像脉冲响应相匹配，以在固定功率量下获得或接近理论上的最大信噪比(SNR)。在实施例中，为了便于设计和实现，来自控制器110的驱动信号112是以期望或预定频率的方形矩形脉冲。匹配滤波器120接收方形矩形脉冲信号并且输出调制驱动信号122以驱动LED模块130，以便获得期望的LED光132输出。在实施例中，方形矩形脉冲信号可以是电流信号或电压信号。图2是根据本专利技术的各个实施例的具有LED模块的匹配滤波器的示意图。如图2中的实施例所示出的，匹配滤波器120是不包含有源部件的无源滤波器。在实施例中，无源滤波器是包括第一电阻器122、第二电阻器124和电容器126的高通电阻器-电容器(RC)滤波器。第一电阻器122和第二电阻器124两者都使一端接地并且另一端耦合至电容器126。匹配滤波器120在第一电阻器侧上接收矩形脉冲以进行初始衰减并且从第二电阻器侧输出调制信号。在实施例中，第二电阻器124具有比第一电阻器122高得多的电阻。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电子设备，包括：发光二极管(LED)模块，包括至少一个LED；控制器，用于生成驱动信号；滤波器，耦合在所述控制器与所述LED模块之间，所述滤波器接收所述驱动信号并且输出调制驱动信号以驱动所述LED模块，使得所述至少一个LED生成LED光输出；光传感器，用于感测所述LED光并且输出电信号；以及模数转换器(ADC)，用于接收所述电信号以进行模数转换，所述ADC包括用于在转换期间降低采样率的抽取滤波器，所述LED光输出具有近似于所述抽取滤波器的脉冲响应的图案。
【技术特征摘要】
2018.02.07 US 62/627,5491.一种电子设备，包括：发光二极管(LED)模块，包括至少一个LED；控制器，用于生成驱动信号；滤波器，耦合在所述控制器与所述LED模块之间，所述滤波器接收所述驱动信号并且输出调制驱动信号以驱动所述LED模块，使得所述至少一个LED生成LED光输出；光传感器，用于感测所述LED光并且输出电信号；以及模数转换器(ADC)，用于接收所述电信号以进行模数转换，所述ADC包括用于在转换期间降低采样率的抽取滤波器，所述LED光输出具有近似于所述抽取滤波器的脉冲响应的图案。2.如权利要求1所述的电子设备，其中，所述抽取滤波器是三阶抽取滤波器。3.如权利要求1所述的电子设备，其中，所述驱动信号为矩形脉冲信号。4.如权利要求3所述的电子设备，其中，所述滤波器是无源滤波器。5.如权利要求4所述的电子设备，其中，所述滤波器是高通电阻器-电容器滤波器。6.如权利要求5所述的电子设备，其中，所述滤波器包括：第一电阻器，用于接收所述矩形脉冲；第二电阻器，用于输出所述调制信号；以及电容器，耦合在所述第一电阻器与所述第二电阻器之间。7.如权利要求6所述的电子设备，其中，所述第二电阻器具有比所述第一电阻器高的电阻。8.如权利要求6所述的电子设备，其中，所述第二电阻器和所述电容器中的至少一者是可调的或可编程的。9.一种用于生成并处理发光二极管(LED)光的方法，所述方法包括：从控制器输出驱动信号；使用滤波器将所述驱动信号调制成调制驱动信号，以驱动包括至少一个LED的LED模块，使得所述至少一个LED生成LED光输出；在光传感器处感测所述LED光输出以生成电信号；以及在模数...
【专利技术属性】
技术研发人员：B·J·麦卡罗尔，Y·杨，
申请(专利权)人：马克西姆综合产品公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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