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企業新聞
芯??萍糃S1253問鼎“中國芯”
2022-11-21

11月17日,由工業和信息化部、安徽省人民政府共同舉辦的“2022世界集成電路大會”在安徽省合肥市隆重開幕,吸引全球業界矚目。安徽省委書記鄭柵潔、省長王清憲、省政協主席唐良智、工業和信息化部副部長王江平、常務副省長劉惠、合肥市委書記虞愛華等國家部省領導出席活動,眾多國內外著名專家學者、跨國企業及知名高校匯聚一堂。

2022世界集成電路大會現場

大會以“合作才能共贏”為主題,主要內容包括開幕式暨開幕論壇、4場高峰論壇、10場主題論壇等豐富活動。

安徽省委副書記、省長王清憲致辭

國家工業和信息化部黨組成員、副部長王江平致辭

安徽省人民政府副省長何樹山介紹出席嘉賓

其中,第十七屆“中國芯”集成電路產業促進大會作為本屆大會的重磅細分活動之一,于當日下午揭曉本屆“中國芯”優秀產品獲獎榜單。芯??萍迹ü善贝a:688595)基于人體成分測量的高精度生物傳感AFE芯片 CS1253,在全國227家優秀企業的334款參賽產品中脫穎而出,榮登“中國芯”優秀技術創新產品榜單。

CS1253榮獲第十七屆“中國芯”優秀技術創新產品

“中國芯”評選是由國家工信部指導、中國電子信息產業發展研究院舉辦的行業權威活動,自2006年成立以來,指引及見證了中國集成電路產業的快速發展。此次芯??萍糃S1253榮獲“中國芯”,是公司自2007年以來累計第七次、從2019年連續三屆榮膺“中國芯”。

2022(第十七屆)中國芯集成電路產業促進大會現場

在本屆大會上,芯??萍汲讼s聯“中國芯”之外,還將會參加11月18日“2022中國半導體市場年會”,并作相關專題報告,屆時將另文詳敘。

后文將為您詳細介紹CS1253的技術特征和產品亮點,字數約計2000字,閱讀約需4分鐘。

01人體成分構成測量方法

為什么需要關注人體成分呢? 我們知道,通常減肥的人會認為減體重就是減肥。其實這是個誤區,因為一樣的體重,卻有不一樣的脂肪含量,其體型區別很大。同時,人體成分還與身體健康息息相關(例如一些慢性?。?,因此越來越多人會通過持續監測人體成分的變化來指導飲食、運動管理,保持身體的健康狀態。

人體由水分、蛋白質、脂肪和無機鹽組成,其中約70%是水分,阻抗較小,主要存在于血液、肌肉等。脂肪導電性差,呈現為高阻抗,單位體積中脂肪含量越高阻抗越大。因此,人體成分分析可根據人體阻抗的大小,測量和推斷人體脂肪和水分的含量。

人體成分的主要構成圖

人體成分分析有MRI (核磁共振成像)測量、DEXA (雙能X線吸收測量)、水中密度測量、BIA (生物電阻抗測量)等多種方法。綜合比較起來,生物電阻抗法是在成本,易用性以及準確度方面綜合表現比較均衡的方法。

人體成分測量方法對比表

02生物電阻抗法(BIA)測量原理

生物電阻抗法(Bioelectric Impedance Analysis)是一種通過電學方法測量人體成分的技術。將微弱的交流電流信號輸入人體時,電流會隨著電阻小、傳導性能較好的體液流轉。水分的多少決定著電流通過的通路的寬窄,這個可用阻抗值表示。通過檢測電壓可以獲得生物阻抗值:

生物阻抗可以使用復阻抗Z=R+jXc表示,其中電阻R為實部,電抗Xc為虛部。復阻抗取??傻茫?/span>

BIA設備借助置于體表的電極系統向檢測對象輸入微小的交流測量電流,準確測量生物電阻抗Z后,代入到獲得科學驗證的算法中,計算出主要人體成分結果。

BIA測量示意圖

03穿戴設備應用BIA的技術難點

隨著物質生活的改善,人們愈發重視通過持續的體征監測來進行健康管理。但是,市場上用于人體成分檢測的高性能設備(例如智能體脂秤、人體成分分析儀)通常體積、重量較大,不便于隨身攜帶。

因此,在可穿戴領域推動生命體征監測的醫療變革成為趨勢。目前,在智能手表、手環等智能穿戴產品中,BIA、PPG、ECG等健康測量技術不斷迭代創新,可獲得更加精準的人體健康數據。

可穿戴設備的人體阻抗測量可簡化成節段模型。IFINGER、IWRIST為激勵電流端,VFINGER、VWRIST為電壓測量端(等效電路見 下文圖片)。穿戴設備產品(例如智能手表)形態一般是測量上肢阻抗。

穿戴設備BIA示意圖

穿戴設備BIA電極示意圖

人體皮膚主要有表皮、真皮和皮下組織組成。表皮的角質層相當于一層很薄的絕緣層,類似電容的中間介質,真皮和電極片類似電容器的兩極板。

由于汗腺里有少量離子通過,所以可以把表皮模擬為漏電的電容器,類似電容Cs和電阻Rs’的并聯。真皮和皮下組織可以近似為電阻Rs,因此實際的人體等效模型會更加復雜化。

接觸阻抗等效電路

相較人體成分檢測的其他設備,穿戴設備的特性給應用BIA技術帶來更多挑戰。

?電極采用干電極,存在極化電壓的問題。

?電極接觸面積小,存在接觸阻抗大的問題,尤其是在低溫、干燥環境下。

?穿戴設備體積緊湊,因此要求BIA電路簡單,且抗干擾能力強。

?穿戴設備一般為消費電子產品,因此要求電路功耗低、成本可控。

04CS1253的產品性能指標

芯??萍糃S1253是一款支持可穿戴設備的生物阻抗測量的模擬前端(AFE)芯片,結合人體成分算法,可以實現高精度的人體成分分析。產品內部集成了生物阻抗測量電路(BIM)和高精度Sigma-delta ADC信號鏈。生物阻抗測量電路采用正弦激勵源,將生物阻抗轉化為電壓信號送到ADC信號鏈進行測量,可以支持多頻率生物阻抗測量。

CS1253電路框圖

CS1253的精準度、集成度、低功耗、易用性等各方面指標均達到國際先進、國內領先水平,非常適合于智能穿戴應用場景。

準確度

?支持接觸阻抗測量;

?支持5種激勵源幅度設置;

?內置24bit分辨率ADC,輸出速率10Hz~1280Hz 8檔可調;

?支持OTP加載或軟件加載芯片校準值;

?輸入阻抗>1MΩ@50kHz。

集成度

?支持SPI和IIC數據通訊;

?支持IO寬幅電壓1.8V~3.3V;

?支持ECG共用電極,節省單板模擬開關;

?外圍電阻內置,減少單板器件數量,節約系統成本。

低功耗

?支持自動狀態機,減少主控干預;

?FIFO深度達256Samples,最長支持25.6s喚醒一次@10Hz;

?支持ADC數據通訊中斷方式代替輪詢,降低功耗。

易用性

?支持自動狀態機,無需頻繁切換配置;

?支持中斷ADC采集數據閾值配置,無需頻繁讀取數據;

?支持關鍵寄存器動態配置,無需全部刷新;

?靈活的時序配置,滿足實際應用場景。

CS1253參考電路

在開發生態上,CS1253擁有完整的評估套件,硬件工具、軟件工具、測量算法、開發文檔及技術支持等均已準備就緒,方便客戶評估和開發產品,簡化開發周期,加快量產進程。

EVK上位機軟件

EVK評估板

長期以來,芯??萍奸L期深耕健康測量領域,隨著BIA、PPG、ECG產品序列的逐步豐富,正在形成系列化產品組合。

未來,公司仍將憑藉自身的“模擬信號鏈+MCU”雙平臺驅動的技術優勢,持續構建從芯片到結構到算法的系統工程,賦能更多智慧健康領域的終端品牌客戶打造更強產品力。


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