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企業(yè)新聞
芯??萍糃S1253問(wèn)鼎“中國芯”
2022-11-21

11月17日,由工業(yè)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(huì )”在安徽省合肥市隆重開(kāi)幕,吸引全球業(yè)界矚目。安徽省委書(shū)記鄭柵潔、省長(cháng)王清憲、省政協(xié)主席唐良智、工業(yè)和信息化部副部長(cháng)王江平、常務(wù)副省長(cháng)劉惠、合肥市委書(shū)記虞愛(ài)華等國家部省領(lǐng)導出席活動(dòng),眾多國內外著(zhù)名專(zhuān)家學(xué)者、跨國企業(yè)及知名高校匯聚一堂。

2022世界集成電路大會(huì )現場(chǎng)

大會(huì )以“合作才能共贏(yíng)”為主題,主要內容包括開(kāi)幕式暨開(kāi)幕論壇、4場(chǎng)高峰論壇、10場(chǎng)主題論壇等豐富活動(dòng)。

安徽省委副書(shū)記、省長(cháng)王清憲致辭

國家工業(yè)和信息化部黨組成員、副部長(cháng)王江平致辭

安徽省人民政府副省長(cháng)何樹(shù)山介紹出席嘉賓

其中,第十七屆“中國芯”集成電路產(chǎn)業(yè)促進(jìn)大會(huì )作為本屆大會(huì )的重磅細分活動(dòng)之一,于當日下午揭曉本屆“中國芯”優(yōu)秀產(chǎn)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(yōu)秀企業(yè)的334款參賽產(chǎn)品中脫穎而出,榮登“中國芯”優(yōu)秀技術(shù)創(chuàng )新產(chǎn)品榜單。

CS1253榮獲第十七屆“中國芯”優(yōu)秀技術(shù)創(chuàng )新產(chǎn)品

“中國芯”評選是由國家工信部指導、中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院舉辦的行業(yè)權威活動(dòng),自2006年成立以來(lái),指引及見(jiàn)證了中國集成電路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。此次芯??萍糃S1253榮獲“中國芯”,是公司自2007年以來(lái)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(chǎn)業(yè)促進(jìn)大會(huì )現場(chǎng)

在本屆大會(huì )上,芯??萍汲讼s聯(lián)“中國芯”之外,還將會(huì )參加11月18日“2022中國半導體市場(chǎng)年會(huì )”,并作相關(guān)專(zhuān)題報告,屆時(shí)將另文詳敘。

后文將為您詳細介紹CS1253的技術(shù)特征和產(chǎn)品亮點(diǎn),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(guān)注人體成分呢? 我們知道,通常減肥的人會(huì )認為減體重就是減肥。其實(shí)這是個(gè)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(shí),人體成分還與身體健康息息相關(guān)(例如一些慢性?。?,因此越來(lái)越多人會(huì )通過(guò)持續監測人體成分的變化來(lái)指導飲食、運動(dòng)管理,保持身體的健康狀態(tài)。

人體由水分、蛋白質(zhì)、脂肪和無(wú)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(xiàn)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(lái),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(guò)電學(xué)方法測量人體成分的技術(shù)。將微弱的交流電流信號輸入人體時(shí),電流會(huì )隨著(zhù)電阻小、傳導性能較好的體液流轉。水分的多少決定著(zhù)電流通過(guò)的通路的寬窄,這個(gè)可用阻抗值表示。通過(guò)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(shí)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(xué)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(shù)難點(diǎn)

隨著(zhù)物質(zhì)生活的改善,人們愈發(fā)重視通過(guò)持續的體征監測來(lái)進(jìn)行健康管理。但是,市場(chǎng)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(lǐng)域推動(dòng)生命體征監測的醫療變革成為趨勢。目前,在智能手表、手環(huán)等智能穿戴產(chǎn)品中,BIA、PPG、ECG等健康測量技術(shù)不斷迭代創(chuàng )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(jiǎn)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(jiàn) 下文圖片)。穿戴設備產(chǎn)品(例如智能手表)形態(tài)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(zhì)層相當于一層很薄的絕緣層,類(lèi)似電容的中間介質(zhì),真皮和電極片類(lèi)似電容器的兩極板。

由于汗腺里有少量離子通過(guò),所以可以把表皮模擬為漏電的電容器,類(lèi)似電容Cs和電阻Rs’的并聯(lián)。真皮和皮下組織可以近似為電阻Rs,因此實(shí)際的人體等效模型會(huì )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(shù)帶來(lái)更多挑戰。

?電極采用干電極,存在極化電壓的問(wèn)題。

?電極接觸面積小,存在接觸阻抗大的問(wèn)題,尤其是在低溫、干燥環(huán)境下。

?穿戴設備體積緊湊,因此要求BIA電路簡(jiǎn)單,且抗干擾能力強。

?穿戴設備一般為消費電子產(chǎn)品,因此要求電路功耗低、成本可控。

04CS1253的產(chǎn)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(shí)現高精度的人體成分分析。產(chǎn)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(jìn)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(jìn)、國內領(lǐng)先水平,非常適合于智能穿戴應用場(chǎng)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(kāi)關(guān);

?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(dòng)狀態(tài)機,減少主控干預;

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

?支持ADC數據通訊中斷方式代替輪詢(xún),降低功耗。

易用性

?支持自動(dòng)狀態(tài)機,無(wú)需頻繁切換配置;

?支持中斷ADC采集數據閾值配置,無(wú)需頻繁讀取數據;

?支持關(guān)鍵寄存器動(dòng)態(tài)配置,無(wú)需全部刷新;

?靈活的時(shí)序配置,滿(mǎn)足實(shí)際應用場(chǎng)景。

CS1253參考電路

在開(kāi)發(fā)生態(tài)上,CS1253擁有完整的評估套件,硬件工具、軟件工具、測量算法、開(kāi)發(fā)文檔及技術(shù)支持等均已準備就緒,方便客戶(hù)評估和開(kāi)發(fā)產(chǎn)品,簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)周期,加快量產(chǎn)進(jìn)程。

EVK上位機軟件

EVK評估板

長(cháng)期以來(lái),芯??萍奸L(cháng)期深耕健康測量領(lǐng)域,隨著(zhù)BIA、PPG、ECG產(chǎn)品序列的逐步豐富,正在形成系列化產(chǎn)品組合。

未來(lái),公司仍將憑藉自身的“模擬信號鏈+MCU”雙平臺驅動(dòng)的技術(shù)優(yōu)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(lǐng)域的終端品牌客戶(hù)打造更強產(chǎn)品力。


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