抬腕看心率，已经是智能手表/手环最日常的功能。它背后是一套纯光学系统——光电容积脉搏波描记法（PPG）：用 LED 照射皮肤，光电二极管接收反射光，从血液容积的周期性变化里"读"出心跳。没有电极、无创、可连续监测，这也是它成为可穿戴设备标配的原因。
一、PPG 的工作流程
- LED 发光：绿光/红光/红外 LED 以特定频率照射腕部皮肤；
- 组织交互：皮肤、肌肉、骨骼等静态组织对光的吸收基本恒定，而动脉血液容积随心脏搏动周期性变化，对光的吸收随之波动；
- 光电接收：光电二极管接收反射光，转换为电信号——包含恒定的 DC 分量（静态组织）与随脉搏波动的 AC 分量（关键信号）；
- 信号处理：模拟前端（AFE）放大滤波，算法结合加速度计数据剔除运动伪影，识别脉搏波峰、计算心率。
二、波长怎么选：绿光、红光、红外各有分工
| 波长 | 穿透深度 | 典型用途 |
|---|---|---|
| 绿光 ≈520-565nm | 浅表 | 腕部反射式心率监测的主力——血红蛋白吸收强、浅表信噪比高，运动场景抗扰性好 |
| 红光 ≈660nm | 较深 | 与红外配对测量血氧饱和度 SpO₂（氧合/脱氧血红蛋白在两波长下吸收比不同） |
| 红外 ≈880-940nm | 最深 | 深层血流与血氧测量、透射式方案（如指夹式），不可见光体验更好 |
中高端手环往往采用多波长融合：如"红光+绿光+红外"三灯模组，静止时用绿光高精度测心率，运动或血氧场景自动切换/融合其他波长，兼顾精度与功耗。
三、反射式与透射式
反射式：LED 与光电二极管在皮肤同侧，集成度最高，是手表/手环/耳机的绝对主流；透射式：光源与探测器分居组织两侧，信号更强但形态受限，常见于指夹式血氧仪等医疗设备。
四、精度的四大敌人与应对
- 运动伪影：腕部晃动让光路不断变化——用加速度计数据做自适应滤波补偿，是当前最有效的方案；
- 环境光干扰：户外强光混入反射光路——硬件上做环境光抑制电路，LED 采取调制发光+同步检波；
- 个体差异：深肤色、纹身、体毛会吸收/阻挡光线——多波长融合与自适应增益可部分弥补；
- 低灌注：寒冷环境下末梢血流弱、信号微弱——提高 LED 驱动能力与 AFE 灵敏度。
五、可穿戴整机厂的 LED 选型要点
- 光电效率：同等驱动电流下出光更强，直接决定续航——腕带设备电池毫安时级，LED 功耗是硬指标；
- 波长一致性：SpO₂ 测量依赖红光/红外两路光强的严格配比，波长偏移会直接引入血氧计算误差，需严格分光 BIN 管理；
- 尺寸与封装：表底传感器窗口寸土寸金，0402/0603 级小封装+窄光束角利于遮光设计；
- 低衰减：LED 光衰直接影响长期测量一致性，需提供老化曲线数据；
- 配对供应：LED 与光电二极管的波长/角度匹配影响信噪比，发射接收同源供应更可控。
💡 提示：PPG 测的是"脉率"而非心电，心律失常（如房颤）时可能漏检——医疗诊断仍以 ECG 为准，可穿戴数据定位为健康管理参考。
元晶光电为智能穿戴、健康监测设备厂商提供绿光/红光/940nm 红外 PPG 光源 LED 及光敏接收管配套方案，波长 BIN 一致性严格、无起订量。欢迎查看可见光 LED、红外光电器件或提交样品申请。
