logotypen
 
 

IN FOCUS

Suojaa datasi kunnolla

SSD-levyt tarjoavat luontaisesti korkean luotettavuuden kaikentyyppisiin sovelluksiin, aina aloitustason kuluttajalaitteista kriittisiin järjestelmiin. Asianmukaiset tietosuojamekanismit voivat maksimoida levyn käyttöiän toteuttamalla ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä tarpeen mukaan, kertoo Silicon Motion artikkelissaan.

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

Windows 10 -tuen loppuminen tuo kissanpäivät verkkorikollisille

Microsoftin ilmoitus Windows 10 -käyttöjärjestelmän tuen päättymisestä lokakuussa 2025 merkitsee suurta murroskohtaa tietoturvassa – mutta ei pelkästään käyttäjien näkökulmasta. Verkkorikollisille luvassa on nimittäin todelliset kissanpäivät, mikäli yritykset eivät nopeuta siirtymistä uudempiin järjestelmiin.

Auto tunnistaa digiavaimen pian pidemmän matkan päästä

STMicroelectronics on julkaissut uuden sukupolven NFC-lukijat, jotka mahdollistavat auton oven avaamisen digitaalisella avaimella jopa 70 % pidemmältä etäisyydeltä kuin aiemmat ratkaisut. Uudet ST25R500- ja ST25R501-vastaanottimet ovat suunniteltu erityisesti autoteollisuuteen, ja ne täyttävät Car Connectivity Consortiumin (CCC) Digital Key -standardin tiukat vaatimukset.

Piirisuunnittelun työkalujen myynti kasvoi lähes 5 miljardiin dollariin

Elektroniikkasuunnittelun (Electronic System Design, ESD) työkalujen maailmanlaajuinen myynti nousi ennätykselliseen 4,93 miljardiin dollariin vuoden 2024 viimeisellä neljänneksellä, kertoo SEMI-teknologiayhteisöön kuuluva ESD Alliance tuoreessa EDMD-raportissaan. Kasvua edellisvuoden vastaavaan ajanjaksoon nähden kertyi 11 prosenttia.

Intel myy yli puolet Alterasta, tekee isot tappiot

Intel on ilmoittanut myyvänsä 51 % omistuksestaan FPGA-valmistaja Alterassa pääomasijoitusyhtiö Silver Lakelle. Kaupan arvo perustuu 8,75 miljardin dollarin kokonaisarvostukseen Alteralle. Tämä tarkoittaa, että Intelin osuus myynnistä on noin 4,46 miljardia dollaria – huomattavasti vähemmän kuin yhtiö maksoi koko Alterasta vuonna 2015.

Eurooppalaiset autonvalmistajat lopettivat viennin Yhdysvaltoihin

Yhdysvaltojen autokauppa koki järistyksen, kun useat eurooppalaiset ja japanilaiset autonvalmistajat, kuten Audi, Jaguar Land Rover ja Mitsubishi, ilmoittivat keskeyttävänsä ajoneuvojen viennin Yhdysvaltoihin. Syynä on Trumpin hallinnon 2. huhtikuuta voimaan astunut 25 prosentin tullimaksu tuontiautoille ja osille.

Linux sopii kriittiseen sulautettuun laitteeseen

Yhä tiiviimmin verkottuneessa maailmassa, jossa kyberuhat ovat jatkuvasti läsnä, yritykset kohtaavat yhä enemmän haasteita suojellessaan järjestelmiään ja tietojaan kyberhyökkäyksiltä. KontronOS on IoT-turvallisuuteen kehitetty käyttöjärjestelmä.

FakeUpDates jatkaa riesojen kärjessä

Check Pointin tietoturvatutkijoiden mukaan FakeUpdates ja RansomHub hallitsivat haittaohjelmatilastoja maaliskuussa 2025. Samalla Lumma Stealer levisi ympäri maailmaa PDF-tiedostojen ja väärennettyjen Robloxpelien kautta.

Lisää huonoja uutisia Nokialle: verkkoihin investoidaan entistä vähemmän

Televerkkoinvestoinnit jatkoivat laskuaan vuonna 2024, mikä tuo lisää paineita alan laitevalmistajille – myös suomalaiselle Nokialle. Markkinatutkimusyhtiö Dell’Oro Groupin mukaan maailmanlaajuinen operaattoreiden langattomiin ja kiinteisiin verkkoihin tekemien investointien kokonaismäärä putosi viime vuonna 8 prosenttia. Samalla tietoliikennelaitteiden valmistajien tulot laskivat 11 prosenttia.

Uusi akku taipuu mihin muotoon tahansa

Linköpingin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet pehmeän, venyvän ja muotoiltavan akun, joka toimii jopa nestemäisenä. Akkua voi puristaa, venyttää tai muotoilla haluamaansa muotoon – ja se säilyttää silti toimivuutensa. Uusi materiaali mahdollistaa esimerkiksi sen, että akku voidaan pursottaa ulos 3D-tulostimesta ja valaa suoraan osaksi laitteen muotoilua.

OnePlus toi Watch 3:n “uudelleen”

OnePlus aloitti Watch 3 -älykellonsa virallisen myynnin Suomessa ja muualla Euroopassa viime viikolla, hieman yllättävästi uudelleen. Julkaisun alkuperäinen aikataulu helmikuussa meni uusiksi, kun kellon takakannesta löytynyt kirjoitusvirhe viivästytti toimituksia. Nyt korjattu versio on saapunut jälleenmyyjille.

Ruotsalaisyritys tuo Rust-kielen Volvoon

Ruotsalainen teknologiayritys Grepit on auttanut Volvoa ja Polestaria tuomaan uuden ohjelmointikielen, Rustin, osaksi sähköautojensa sisäisiä järjestelmiä. Kyseessä on maailman ensimmäinen sarjatuotannossa käytettävä ECU (ajoneuvon ohjausyksikkö), joka on ohjelmoitu kokonaan Rustilla.

GaN voittaa taistelun tehomarkkinoista

SiC vai GaN vai MOSFET vai IGBT:t? Jokaisella on oma paikkansa. Power Integrations uskoo galliumnitridiin teknologiana. Lopulta se valtaa markkinat aina satojen kilowattien teholuokkiin asti.

Aurinkosähkö hiipui alkuvuonna

Sähköteknisten tuotteiden tukkumyynnin arvo laski alkuvuonna 1,1 prosenttia verrattuna vuoden takaiseen ajanjaksoon, kertoo Sähköteknisen Kaupan Liitto ry (STK) tuoreessa tilastossaan. Tammi–maaliskuussa 2025 tukkumyynnin arvo oli 255 miljoonaa euroa.

Traficom varoittaa: myös .fi-pääte voi viedä huijaussivulle

Suomalaiset verkkosivustot, joilla on .fi-pääte, koetaan usein turvallisiksi. Aika ajoin ilmenee kuitenkin tapauksia, joissa tätä luottamusta on pyritty hyväksikäyttämään. Kyberturvallisuuskeskus kehottaakin tarkkaavaisuuteen myös .fi-osoitteiden kanssa.

Haluatko murtautua yrityksen verkkoon? Se maksaa vain 500 dollaria

Pimeässä verkossa käydään vilkasta kauppaa yritysverkkoihin murtautumisesta ja hinnat ovat yllättävän edullisia. Tietoutrvayritys Check Pointin uunituoreen raportin mukaan rikolliset voivat ostaa pääsyn yritysten sisäverkkoihin jopa 500 dollarilla.

Maailman pienin lidar painaa vain 50 grammaa

Sony Image Sensing Solutions on julkistanut maailman pienimmän ja kevyimmän lidar-etäisyysanturin. Uusi AS-DT1-malli hyödyntää dToF-teknologiaa (Direct Time of Flight) ja painaa vain 50 grammaa. Moduulin mitat ovat vain 29 x 29 x 31 millimetriä.

Apple aikoo kiertää Trumpin tullimaksut

Apple pyrkii välttämään jopa 145 prosentin tullit Kiinasta tuoduista tuotteista siirtämällä iPhone-tuotantoaan Intiaan ja nopeuttamalla logistiikkaansa, kertovat Reuters ja MarketWatch. Yhtiö on Reutersin mukaan lennättänyt viime viikkojen aikana noin 600 tonnia iPhoneja – arviolta 1,5 miljoonaa kappaletta – Intiasta Yhdysvaltoihin. Tarkoituksena on kasvattaa Yhdysvaltain varastoja ennen kuin tullit nostavat laitteiden hintoja dramaattisesti.

Uusi anturi tuo elokuvatason kuvanlaadun huippupuhelimiin

Piilaaksolainen Omnivision on julkistanut uuden kuva-anturin, joka tuo ennennäkemättömän laajan dynaamisen alueen ja elokuvatason videokuvauksen älypuhelimiin. OV50X-uutuusanturi on suunnattu huippuluokan puhelimiin, jotka tavoittelevat parasta mahdollista kuvanlaatua kaikissa valaistusolosuhteissa.

Yllättävä tutkimus: ChatGPT tekee samanlaisia päättelyvirheitä kuin ihminen

Tuore kansainvälinen tutkimus paljastaa, että tekoäly ei ole niin rationaalinen kuin usein uskotaan. OpenAI:n kehittämä ChatGPT tekee monissa tilanteissa samanlaisia päättelyvirheitä kuin ihmiset – ja joskus vielä pahempia.

Näin Teslan ja BYD:n akut eroavat toisistaan

Saksalaisen RWTH Aachenin yliopiston tutkijat ovat tehneet perusteellisen purkuanalyysin kahdesta maailman johtavan sähköautovalmistajan, Teslan ja BYD:n, litiumioniakusta. Tutkimuksessa verrattiin Teslan 4680-sylinterikennoa ja BYD:n Blade-prismaattista kennoa kennotasolla.

Linux sopii kriittiseen sulautettuun laitteeseen

Yhä tiiviimmin verkottuneessa maailmassa, jossa kyberuhat ovat jatkuvasti läsnä, yritykset kohtaavat yhä enemmän haasteita suojellessaan järjestelmiään ja tietojaan kyberhyökkäyksiltä. KontronOS on IoT-turvallisuuteen kehitetty käyttöjärjestelmä.

Lue lisää...

Joskus yksittäinen komponentti voi olla vaarallinen takaovi

Yritykset investoivat valtavasti kyberturvallisuuteen suojatakseen verkkojaan ja sovelluksiaan. Silti, kaikista suojaustoimista huolimatta, verkkorikolliset onnistuvat vuosi vuodelta entistä paremmin. Miten tämä on mahdollista, kysyy Lenovon tietoturva-asiantuntija Steven Antoniou?

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
R&S -seminaari: 6G
Oulussa 13.5.2025 (rekisteröidy)
Espoossa 14.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Calibration
Tampereella 22.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Aerospace & Defence Testing
Tampereella 5.6.2025. Tiedustelut asiakaspalvelu@rohde-schwarz.com
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 
 
article