logotypen
 
 

IN FOCUS

IP suojaan ulkoiseen muistiin

Monet markkinoilla olevat mikro-ohjaimet tarjoavat tallennuskapasiteettia muutamien megatavujen verran, mikä vaikuttaa merkittävästi tuotteen hintaan. Sopiva vaihtoehtoinen ratkaisu on käyttää ulkoista muistia, jota voidaan hankkia suuremmissa määrissä selvästi edullisempaan hintaan ja useilla eri kapasiteettivaihtoehdoilla – yleensä muutamasta megatavusta satoihin megatavuihin.

Lue lisää...

Puettavan teknologian ansiosta sydämen sykettä on helppo seurata, mistä on paljon etua kuntoilun, hyvinvoinnin ja lääketieteen sovelluksia kehitettäessä. Tässä artikkelissa perehdytään ihmisen sydämen sykkeen mittauksessa käytettäviin teknologioihin ja niiden teknisiin haasteisiin.

Artikkelin kirjoittaja Mark Patrick vastaa Mouser Electronicsin teknisen markkinoinnin kehittämisestä EMEA-alueella.

Sydämen syke antaa paljon tärkeää tietoa yksilön fyysisestä kunnosta. Syketieto on käyttökelpoista niin henkilökohtaisessa kunnonvalvonnassa, häiriötilojen kuten rytmihäiriöiden havaitsemisessa kuin sairaalan potilasvalvonnassa elintoimintojen tarkkailussa. Nykyajan langaton ja puettava teknologia mahdollistaa monipuolisen datan keräämisen kehon ulkopuolelta noninvasiivisesti, samanaikaisesti tapahtuvan kerätyn tiedon analyysin ja esittämisen sekä tallentamisen ja siirron myöhempää jatkoanalyysia varten.

Puettavan teknologian tuomia mahdollisuuksia

Kuntoa ja hyvinvointia edistämään pyrkivillä kuluttajamarkkinoilla sykemittauksen kehittyminen on avannut uusia markkinoita puettavalle teknologialle, kuten sykerannekkeille, älykelloille ja rinnan ympärille asennettaville sykevöille. Lääketieteen alalla noninvasiivista – kehoon kajoamatonta -sykemittausta käytetään monenlaisten ongelmien todentamisessa, kun esimerkiksi arvioidaan sydämen veren virtauksen laatua ja erilaisten riskien kuten sydänkohtauksen ja verisuonitukoksen todennäköisyyttä. Sairaalan osastoillakin hoitohenkilökunta voi käyttää sormeen puristettavia sykemittareita (sormipulssioksimetrejä) ja kannettavia analysaattoreita tavanomaisten havaintojen tekemiseen, kuten valtimon happisaturaation, hengitysnopeuden ja hydraatiotasojen mittaamisessa. Tyypillinen toteutus on esitetty kuvassa 1.

 

Kuva 1: Tyypillinen Maximin MAX86140- ja MAX86141-siruilla toteutettu sovelluspiiri.

Noninvasiivisten laitteiden ja puettavan teknologian laitteiden kysyntä on jatkuvassa kasvussa samalla kun kerättävän datan moninaisuus lisääntyy, mikä aiheuttaa merkittäviä teknologisia haasteita datankeräyksessä, signaalinkäsittelyssä ja prosessoinnissa. Erityisesti lääketieteen sovelluksissa mittausten pitää olla luotettavia, tarkkoja ja turvallisia.

Sykemittauksia tehdään pääasiassa kahdella menetelmällä. Toisessa havainnoidaan optisesti veren etenemistä pintasuonissa ja sen imeytymisessä ja heijastumisessa tapahtuvia muutoksia kunkin sykkeen aikana. Tämä tekniikka soveltuu myös veren happisaturaatiotason arvioimiseen (pulssioksimetria). Tekniikan suurimmat haasteet ovat tehonkulutuksessa, ympäröivän valon heijastumisessa ja ympäristön kohinan vaimennuksessa.

Toinen menetelmä, biopotentiaalin mittaus, perustuu jännitettä tunnistaviin elektrodeihin, joilla ilmaistaan sydänlihaskudoksessa syntyvää ja iholle siirtyvää sähköistä aktiviteettia. Syntyvästä datasta saadaan elektrokardiogrammi (EKG), joka antaa tietoa sydänterveydestä. Bioimpedanssimittauksella voidaan määrittää myös hengitysnopeutta ja suhteellista amplitudia. Suurimmat tekniset haasteet tässä menetelmässä ovat tehonkulutuksessa, liikkeen kompensaatiossa ja muiden häiriöiden kuten kohinan poistamisessa.

Optinen happisaturaation mittaus

Tuotekehittäjien käytettävissä on suuri määrä erityisiä sovelluskohtaisia optisia datankeräysjärjestelmiä, jotka soveltuvat sykemittareissa käytettäväksi. Esimerkiksi Maxim Integratedin MAX86140 ja MAX86141 on tarkoitettu optiseen sykkeen, veren happisaturaation ja lihaksen happisaturaation ilmaisuun mittareilla, jotka ovat kosketuksissa ranteeseen, sormeen, korvaan tai muuhun paikkaan (kuva 2).

Kuva 2: Maximin MAX0003 on kaksinapainen, differentiaalisella ja yhteismuotoisella suodatuksella varustettu ohjainpiiri.

Kun perustason optisessa sykemittarissa on yksittäinen valolähde, pulssioksimetrissä tarvitaan kaksi valolähdettä. Jos halutaan parempaa tarkkuutta ja monipuolisempia mittausominaisuuksia, on käytettävä useampia valolähteitä. MAX86140:ssa on yksi ja MAX86141:ssä kaksi optista kanavaa.

Lähetinpuolella kolmella ohjelmoitavalla suurivirtaisella led-ohjaimella voidaan syöttää enimmillään kuutta lediä. Kun kaksi ohjainpiiriä toimii isäntä-orja -tilassa (master-slave), voidaan led-ohjaimella ohjata enimmillään 12 lediä. Nämä komponentit ovat kestäviä ja erityisellä ympäristövaloa vaimentavalla (ALC) piirillä varustettuja, jolloin niitä voidaan käyttää, kun halutaan taata tarkkuus erityisenkirkkaassakin valaistuksessa. Järjestelmä mukautuu myös nopeisiin valaistustason muutoksiin. Valonsäteen pätkiintymistä tunnistavan ja korjaavan algoritmin ansiosta häiriölliset näytehavainnot korvautuvat ekstrapoloimalla saaduilla arvoilla.

Piirissä on myös 19-bittisellä sigma-delta-tyyppisellä AD-muuntimella varustettu vähäkohinainen signaalinkäsittelyn analogiatuloaste (AFE), jännitereferenssi ja lämpötila-anturi. AD-muuntimen lähdön datanopeus on ohjelmoitavissa 8 – 8192 näytteeseen sekunnissa. Piiri ei juurikaan tarvitse ulkoista elektroniikka. 128 sanan FIFO toimii sirun sisäisenä muistina digitaaliselle lähtödatalle ja mahdollistaa yhteydet mikro-ohjaimeen.

Monilla tehonsäästötoiminnoilla varustetut piirit toimivat 1,8 V jännitteellä sekä erillisillä 3,1 ja 5 V tehonsyötöillä led-ohjaimille. Ne on varustettu joustavalla ajastus- ja lepoaikojen kytkentämekanismilla sekä yksittäisten lohkojen ohjauksella, jolloin voidaan optimoida mittaukset pienille tehotasoille. Dynaamisesti tehoa alentava tila on käytettävissä pienille alle 128 näytettä sekunnissa oleville näytenopeuksille. Lähestymistilatoiminnolla voidaan pienentää tehonkulutusta, kun anturi ei vielä ole kosketuksessa ihoon.

Optinen ohjain voidaan konfiguroida erilaisille mittauksille. Yhden, kahden tai kolmen ledin ajurit voidaan pulssittaa peräkkäisiksi, jolloin mittaukset on mahdollista tehdä useilla aallonpituuksilla kuten pulssioksimetrillä pitääkin. Kun led-ajurit pulssitetaan samanaikaisiksi, sykemittaukset voidaan tehdä rannekkeella. Led-ajurin tasoa voidaan säätää siten, että esimerkiksi ympäristöstä aiheutuvien häiriösignaalien lisääntyneet kohinatasot saadaan kompensoitua.

Biopotentiaaliin perustuvat EKG-mittaukset

EKG:llä mitataan sykettä ja saadaan yksittäisistä sykesignaaleista yksityiskohtaista tietoa, jonka perusteella kardiologi voi tehdä omat johtopäätöksensä tutkittavan sydämen tilasta ja toiminnasta. Se antaa myös luotettavaa tietoa sykkeestä kuntosovelluksissa erityisesti silloin, jos käytetään sykevyötä. Biopotentiaalin mittaus vaatii tavallisesti merkittävästi vähemmän tehoa kuin saman tarkkuustason optiset anturit. Kuitenkin EKG-signaalien käsittely kuluttaa paristotehoa nopeasti. Lisäksi EKG-lukemat ovat varsin herkkiä liikkeen ja muiden häiriölähteiden aiheuttamille häiriöille. Etenkin kuntoilusovelluksissa liikkeen kompensoiminen on tärkeää ja liikkuminen on myös merkittävä kohinalähde.

Tämän tyyppisiin sovelluksiin tarkoitettuja piirejä on tarjolla. Maxim Integratedin MAX30003 on biopotentiaalin perustuva analogiatulopiiri puettavan teknologian sovelluksiin. Yksikanavainen piiri käsittää kliinisen tason EKG-analogiatuloasteen ja suuren resoluution AD-muuntimen, josta saadaan 15,5-bitin tehollinen resoluutio 5 V:n huipusta huippuun kohinalla. Lisäksi siinä on ESD-suojaus, EMI-suodatus, sisäinen esijännitys, DC-signaalitulon ilmaisu ja ohjelmallinen tehonlisäyksen jaksotus. Suuri tuloimpedanssi takaa pienen signaalivaimennuksen tulopäässä, kun tehonsyöttö kytketään päälle.

Liikkeen kompensointi ja liikkeestä aiheutuvien häiriösignaalien poistaminen aikaan saadaan, pitämällä analogiatulopiirin yhteismuotoinen vaimennussuhde (CMMR) mahdollisimman suurena. MAX30003:n tyypillinen CMMR on enimmillään 115 dB. Valintaisilla esijännitevastuksilla voidaan parantaa CMMR:ää ja edesauttaa suuren tuloimpedanssin aikaansaamista. Erilaisia ali- ja ylipäästösuodattimia on saatavissa rajoittamaan kaistaleveyttä, mikä on tärkeää staattisesta sähköstä ja suuritaajuisista signaaleista aiheutuvan kohinan vaimentamisessa. Kuntoilusovelluksissa yksitehoisen ylipäästösuotimen kynnystaajuudeksi asetetaan 5 Hz, kun taas kliinisessä käytössä se voi olla niinkin pieni kuin 0,5 – 0,05 Hz. Urheilusovelluksissa yhteismuotoinen alipäästösuotimenkynnystaajuus voidaan asettaa 34 hertsiksi, mikä on optimaalinen taso paidan tai muun vaatetuksen aikaansaaman kohinan rajoittamiseksi, kun mittaus käynnistetään.

Piirin tehonkulutus on 1,1 V tehonsyötöllä ainoastaan 85 µW, mikä mahdollistaa pitkän käyttöiän paristolle. Signaalitulon ilmaisu toimii varallaolon ja pidemmän lepotilan (70 nA) aikana. 32 sanan FIFO voi pitää sisällään enimmillään 32 EKG-datamuunnostulosta, jolloin isäntäprosessori voi olla pidemmän aikaa lepotilassa ja jolloin kulutetaan vähemmän tehoa. Vastaavasti mikro-ohjainyksikkö voidaan ohjelmoida olemaan käsittelemättä potentiaalista epärelevanttia dataa. Sisäänrakennettu algoritmi EKG:n kahden peräkkäisen R-huipun välisen ajan (R-R-intervallin) määrittämiseksi vähentää myös tehonkulutusta siten, että mikro-ohjainyksikkö kuluttaa virtaa vain 1 µA:n verrattuna 50 – 100 kertaiseen kulutukseen, jos R-R-intervallin muodostusta isännöisi mikro-ohjainyksikkö.

Maximilta on saatavissa suunnittelualusta edellä mainituilla piireillä toteutettavien puettavien terveys- ja kuntoilutuotteiden tuotekehitystä varten. MAXREFDES100# hSensor Platform (kuva ohessa) sisältää tarvittavat laitteistolohkot yhdellä painopiirilevyllä ja ARM mbed -pohjaisen ohjelmointikortin laitteistokehityspakettina. MAX30003:n lisäksi MAX30101:lla saadaan mukaan pulssioksimetrin toiminnot optisilla elementeillä ledeineen ja valoilmaisimineen yhdistettynä vähäkohinaiseen elektroniikkaan ympäristövalon vaimennuksella varustettuna. Saatavissa on myös kliinisen tason lämpötila-anturi MAX30205, kun suositeltuna teholohkona käytetään MAX14750-piiriä, josta saadaan useita lähtöjä mikro-ohjainyksikölle, analogiatulopiirille ja digitaaliliitäntäpiirille.

MORE NEWS

Rohde lisäsi tehoa EMC-mittauksiin

Rohde & Schwarz on julkaissut päivitetyn version ELEKTRA-ohjelmistostaan, joka tuo lisää tehoa ja automaatiota EMC-mittauksiin. Uusi ohjelmistoversio tukee kaikkia ajankohtaisia EMC-standardeja eri toimialoilla – mukaan lukien kaupallinen elektroniikka, autoteollisuus, langattomat järjestelmät, puolustus ja ilmailu.

Tekoäly vaikuttaa lähes joka toiseen työpaikkaan

Tekoäly on nopeasti nousemassa maailman talouksien uudeksi moottoriksi – ja murroksen keskiössä ovat työmarkkinat. YK:n kauppa- ja kehitysjärjestön (UNCTAD) tuoreen Technology and Innovation Report 2025 -julkaisun mukaan jopa 40 prosenttia maailman työpaikoista on alttiina tekoälyn vaikutuksille. Se voi tarkoittaa joko työn automatisointia tai sitä, että työtehtävät muuttuvat perustavalla tavalla.

Tamperelaissiru purkaa useampia audiovirtoja kuin mikään muu prosessori

Tamperelainen VLSI Solution on julkaissut uuden sukupolven audioprosessorin, joka asettaa uudet standardit äänenkäsittelylle sulautetuissa järjestelmissä. VS1073-uutuuspiiri pystyy purkamaan ja käsittelemään enemmän äänenpakkausmuotoja kuin mikään muu prosessori markkinoilla – mukaan lukien uudet tuetut formaatit kuten ALAC, DSD, Opus ja AC-3.

Uusi LUMI-supertietokone yllättää: kylkeen tulee kvanttitietokone

Suomeen rakennetaan maailman tehokkainta tekoälysupertietokonetta, ja sen rinnalle kehitetään nyt myös täysin uusi kvanttilaskenta-alusta. LUMI AI Factory -hankkeen johtaja Pekka Manninen vahvistaa, että uusi huippuluokan laskentaympäristö käynnistyy keväällä 2027.

Samsungin uusin tuo tekoälyn jäässä oleville tablettimarkkinoille

Tablettimarkkinat hakevat suuntaa, mutta Samsung uskoo tekoälyyn. Yhtiö julkaisi 2. huhtikuuta uuden Galaxy Tab S10 FE -sarjan, joka tuo älykkäät ominaisuudet yhä useamman käyttäjän ulottuville. Vaikka markkina kokonaisuudessaan junnaa lähes paikallaan, Samsung pyrkii herättelemään sitä AI-pohjaisella tuottavuudella ja kevyellä muotoilulla.

Trumpin tullit aiheuttavat suurta epävarmuutta puolijohdealalla

Yhdysvaltain presidentti Donald Trump on ilmoittanut uusista tullipolitiikoista, jotka uhkaavat horjuttaa puolijohdeteollisuuden globaaleja toimitusketjuja. Trumpin hallinto on määrännyt 10 prosentin perustullin kaikkiin tuontituotteisiin ja jopa 32 prosentin tullit valikoiduille maille, kuten Taiwanille. Vaikka Taiwanin puolijohteet ovat toistaiseksi tullivapaita, alan toimijat elävät epävarmuudessa mahdollisista tulevista muutoksista.

Maailman ensimmäisessä MEMS-kompassissa ei ole liikkuvia osia

Ranskalainen teknologiayritys SBG Systems on esitellyt maailman ensimmäisen MEMS-pohjaisen gyrokompassin, joka kykenee määrittämään suunnan ilman GNSS-apua ja täysin ilman liikkuvia osia. Tämä inertianavigoinnin läpimurto avaa uuden luvun tarkassa ja kompaktissa paikannuksessa, erityisesti merenkulun ja robotiikan sovelluksissa.

Cadence demosi eurooppalaisvoimin kehitettyä ajoneuvojen SoC-piiriä

Euroopassa pitäisi vähentää riippuvuutta sekä kiinalaisesta että amerikkalaisesta tekniikasta. Muutaman viikon takaisilla Nürnbergin Embedded World -messuilla nähtiinkin tähän suuntaan kasvavia versoja. Esimerkiksi Cadence ja saksalainen Dream Chip Technologies esittelivät uuden sukupolven älykkään SoC-järjestelmäpiirin ajoneuvosovelluksiin.

LUMI-tekoälytehdas on yksi ensimmäisiä Euroopassa

LUMI-tekoälytehdas avaa uuden luvun eurooppalaisessa tekoälyn kehityksessä yhdistämällä huipputeknologian, asiantuntijuuden ja yhteistyön ainutlaatuiseksi kokonaisuudeksi. Tekoälyhubin fyysiset tilat sijoittuvat Espoon Otaniemeen Aalto-yliopiston yhteyteen, ja laskennan ydin toimii Kajaanissa, missä nykyinen LUMI-supertietokone tarjoaa maailmanluokan suorituskykyä tekoälykehitykselle.

Jyväskylän ylioppilaskylään maailman nopein opiskelijanetti

Kotimainen valokuituyhtiö Lounea toteutti Jyväskylän yliopiston ylioppilaskunnan Soihtu-asuntoihin huippumodernit nettiyhteydet. Opiskelijakylä nousi kerralla maailman kärkeen tarjoamalla asukkailleen poikkeuksellisen nopeat verkkoyhteydet. 

Painetun elektroniikan tutkija TactoTekin teknologiajohtajaksi

Oululaistaustainen elektroniikkayhtiö TactoTek on nimittänyt tekniikan tohtori Pälvi Apilon uudeksi teknologiajohtajakseen. Apilo on ollut osa TactoTekin asiantuntijatiimiä vuodesta 2018 ja toiminut viimeksi yhtiön ennakoinnin ja tutkimuksen johtajana.

Linuxista tulee parempi pelaajille

Linux-kernelin tuore 6.14-päivitys lupaa merkittäviä suorituskykyparannuksia Windows-pelejä pelaaville Linux-käyttäjille. Ytimeen on tuotu parannettu NTsync-ajuri, jonka ansiosta Wine- ja Proton-yhteensopivuuskerrosten kautta ajettavat pelit voivat hyötyä jopa satojen prosenttien teholisästä tietyissä tilanteissa.

Eficoden aprillijuttu oli hieno

Yli 600 koodaajan ohjelmistotalo Eficode päätti tänä vuonna aprillipäivän kunniaksi viedä kehittäjähuumorin uudelle tasolle julkaisemalla kuvitteellisen SUAMI-järjestelmän – Single Unified AI Metrics Indicator – joka mittaa kehittäjien tuottavuutta sielunmaiseman, eksistentiaalisen ahdistuksen ja astrologian avulla.

Maksupäätteen kosketusnäyttö vaatii vahvan tietoturvan

Kosketusnäyttö on olennainen osa jokaista nykyaikaista maksujärjestelmää ja myyntipisteen POS-päätettä (point of sale terminal). Sen tietoturvaan on kiinnitettävä erityistä huomiota.

Taivuteltavien älypuhelimien markkina kutistuu ensimmäistä kertaa

Taivuteltavien älypuhelimien maailmanlaajuinen markkina kutistuu tänä vuonna ensimmäistä kertaa historiassaan, kertoo Counterpoint Researchin tuore ennuste. Vuonna 2025 odotetaan neljän prosentin laskua, mikä katkaisee segmentin tähän asti kasvaneen trendin.

Tekoäly havaitsee poikkeamat avaruudessa

AMD on julkistanut uuden avaruuskelpoisen järjestelmäpiirin, Versal AI Edge XQRVE2302:n. Se vie tekoälypäättelyn (AI inferencing) avaruuteen. Piiri on nyt saavuttanut Class B -luokituksen, joka perustuu Yhdysvaltain puolustusvoimien MIL-PRF-38535-standardin vaatimuksiin.

Julkinen Wi-Fi altistaa hakkereille – silti miljoonat ottavat riskin

Julkiset Wi-Fi-verkot löytyvät lähes jokaisesta kahvilasta, junasta ja lentokentältä. Ne houkuttelevat nopeaan nettiyhteyteen liikkeellä ollessa, mutta uuden globaalin tutkimuksen mukaan kyseessä on digitaalinen miinakenttä. Kyberturvayhtiö NordVPN:n teettämä kysely paljastaa, että 69 % matkustajista on huolissaan kyberuhkista matkan aikana – ja pelko on perusteltu.

Uudenlainen fotonitutka sopii moneen käyttöön

Belgialainen mikroelektroniikan tutkimusorganisaatio IMEC on kehittänyt uraauurtavan tutkajärjestelmän, joka voi mullistaa niin autoteollisuuden kuin terveydenhuollonkin tarkan havainnoinnin ratkaisut. Kyseessä on maailman ensimmäinen fotoniikkaan pohjautuva, koherenttiin signaalinjakeluun kykenevä 144 gigahertsin tutkajärjestelmä.

Kvanttivallankumous yhdellä sirulla

Oak Ridge National Laboratory (ORNL) on saavuttanut merkittävän virstanpylvään matkalla kohti kvantti-internettiä. Tutkijoiden kehittämä uusi siru yhdistää ensimmäistä kertaa keskeiset kvanttifotoniikan toiminnot yhdelle piirille.

Amazon maksaa Nokian videopatenttien käytöstä

Amazon ja Nokia ovat päässeet sopuun patenttikiistassaan, ja Amazon maksaa jatkossa Nokialle korvauksia yhtiön videoteknologioiden käytöstä. Sopimus kattaa Nokian multimedia- ja videopatenttien hyödyntämisen Amazonin suoratoistopalveluissa, kuten Prime Videossa, sekä yhtiön suoratoistolaitteissa.

Maksupäätteen kosketusnäyttö vaatii vahvan tietoturvan

Kosketusnäyttö on olennainen osa jokaista nykyaikaista maksujärjestelmää ja myyntipisteen POS-päätettä (point of sale terminal). Sen tietoturvaan on kiinnitettävä erityistä huomiota.

Lue lisää...

Tekoäly vaikuttaa lähes joka toiseen työpaikkaan

Tekoäly on nopeasti nousemassa maailman talouksien uudeksi moottoriksi – ja murroksen keskiössä ovat työmarkkinat. YK:n kauppa- ja kehitysjärjestön (UNCTAD) tuoreen Technology and Innovation Report 2025 -julkaisun mukaan jopa 40 prosenttia maailman työpaikoista on alttiina tekoälyn vaikutuksille. Se voi tarkoittaa joko työn automatisointia tai sitä, että työtehtävät muuttuvat perustavalla tavalla.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
 R&S -seminaari: 5G Advanced & Beyond
Oulussa 13.5.2025
Espoossa 14.5.2025
 
R&S -seminaari: Calibration
Tampereella 22.5.2025

Seminaareihin ilmoittautuminen ja tiedustelut:
asiakaspalvelu@rohde&schwarz
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 

ETNinsta

THIS SPACE TEMPORARILY LEFT BLANK
 
article