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芯海科技CS1262:高精度全场景PPG AFE新品上市

来源:芯海科技

#芯海科技#

4天前

6月22日,由旭日大数据、潮电智库联合智能穿戴产业联盟共同举办的“第四届智能手表技术趋势峰会”于深圳热烈启幕。芯海科技(股票代码:688595)携全新高端PPG AFE新品CS1262闪靓登场。

芯海科技CS1262作为关键性能指标赶超业界一流水平,首款适配OpenHarmony的PPG产品,可以与主流AFE设计兼容,能够为用户提供高配置、高精度测量、超强抗干扰、低功耗、全肤色支持、高可靠及易用性等七大核心价值。

以下将为您悉心揭露CS1262的神秘面纱!

芯海科技展位现场

芯海科技1262应用:血压手表

芯海科技资深产品经理彭洪伟(左二)出席圆桌探讨

当前,随着社会经济发展、人口老龄化以及COVID-19持续肆虐,人们的健康意识不断增强。与此同时,微电子技术的不断进步,生命体征测量技术也因而迅速发展,市场上越来越多的穿戴设备支持生命体征的监测,如智能手环、耳机、健康手表等。

PPG作为穿戴式生命体征测量三大技术(PPG、ECG、BIA)之一,通过非侵入式和无感的方式,可连续测量心率、血氧SPO2、心率变异性HRV、血压等健康指标。可通过健康手表、智能手环的终端产品,采用健康测量算法及AIoT连接,打造私人健康卫士。

一、PPG测量技术原理

图1 PPG信号检测系统

图2 PPG信号

PPG是Photoplethysmograph光电容积脉搏波描记法的缩写,是一种利用光电信号检测由动脉搏动造成的血液容积变化的技术,PPG波形是一个随血液容积变化的脉搏波。

如图1所示,PPG测量系统由LED、PD(光电传感器)及AFE(驱动LED和检测PD信号)组成,通过LED光照射人体皮肤表面、组织和血管,产生动脉搏动调制信息的光信号,再被PD光电传感器检测获取数据信息。

如图2所示,该信号包含两个部分:一是调制了动脉血管变化信息的光信号 AC信号IAC ,另一个是没有调制动脉变化信息的光也就是稳定的DC信号IDC。分析AC信号可以获取心率HR值,根据Lambert-Beer定律,分析红光和红外光的AC和DC比例关系可以获取血氧SPO2值。

图3光子运动轨迹仿真

从1974年Takuo Aoyagi 发明PPG测量方法至今,传统指甲式血氧仪已经很成熟。最近几年,健康测量手表的出现却带来了新的挑战。测量部位从手指变化到手腕,测量场景从静息到全场景运动类型,对AFE芯片提出了更加苛刻的要求。

如图3所示,手腕的组织光学仿真中描绘了10个光子的运动轨迹,只有红色标注的1个光子捕捉到有效的AC信号。实际上手指的有效信号是手腕的的几十倍以上,再加上处理运动带来的伪影,对AFE的性能指标提出了新的需求。芯海的CS1262就是一颗具有高SNR,低功耗特性和考虑全场景应用的AFE。

二、CS1262的产品优势概要

图4 CS1262系统框图

CS1262是一颗高性能PPG AFE。高准确度:高达110dB的动态范围,支持4PD*12相位的48路有效数据采集,内嵌驱动能力高达250mA的LED Driver可支持8路LED输出。超强抗干扰:PSRR大于90dB,环境光抑制能力强模拟环境光消减高达±200uA。低功耗:83uA@100Hz@4Ch@2阶环境光消减,54uA@100Hz@1Ch@2阶环境光消减。

三、CS1262的微弱信号捕捉能力

图5 CS1262 SNR VS 增益电阻

图6 PI≈0.1%手腕处的PPG信号

高达110dB的动态范围,97.5dB的SNR@500KΩ(dBFS)和±63.875uA的LED消减电流,为CS1262提供了强大的微弱信号捕捉能力。相比友商109dB的动态范围,96dB的SNR@500KΩ(dBFS)更胜一筹。

如图6所示,CS1262采集到手腕上的红光和红外PPG信号,PI灌注度水平在千分之一,脉搏波形清晰可见,为后续算法的处理提供了强有力的支撑。

四、CS1262满足全场景应用

图7 静息、步行、跑步等场景下PPG信号频谱

CS1262高达110dB的动态范围,具备自动模拟环境光消减功能、±200uA的消减范围及优越的相位信号低残余特性,使之具备在复杂运动场景下捕捉PPG信号的能力。强大的LED驱动能力和高达8LED*4PD的光电传感器矩阵布局,保证了复杂肤色、复杂测试环境下的高准确性检测。

如图7所示,在多运动场景下,CS1262采集的心率频谱清晰且连续稳定。

五、CS1262的低功耗特性

表1 不同使用场景下的功耗

PRF为5Hz时低至13.3uA的工作电流,在穿戴设备和睡眠健康监测应用场景,CS1262绝不缺席,是持久可靠的贴身健康卫士。CS1262低至54uA的功耗@PRF100Hz,优于友商100uA@PRF100Hz 。该低功耗特性为穿戴设备提供了更高的能效比,更持久的续航能力。

CS1262并不只是一款单一产品规划,而是芯海科技在智慧健康测量产品系列的重要组成,未来将会与公司的BIA、ECG等多种SOC/模拟前端芯片产品,形成系列化芯片组合,搭配健康测量算法、无线连接及配套标准方案,实现健康与智能的融合,赋能更多高端健康设备、高端消费电子产品当中。

责编: 爱集微

爱集微

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