意法半導(dǎo)體生物感測(cè)創(chuàng)新技術(shù)賦能下一代智能穿戴個(gè)人醫(yī)療健身設(shè)備

服務(wù)多重電子應(yīng)用領(lǐng)域、全球排名前列的半導(dǎo)體公司意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics，簡(jiǎn)稱ST)近日推出了一款新的面向智能手表、運(yùn)動(dòng)手環(huán)、智能戒指、智能眼鏡等下一代智能穿戴醫(yī)療設(shè)備的生物傳感器芯片。ST1VAFE3BX芯片集成高精度生物電位輸入與意法半導(dǎo)體的經(jīng)過(guò)市場(chǎng)檢驗(yàn)的慣性傳感器和AI核心。其中，AI核心在芯片上執(zhí)行活動(dòng)檢測(cè)，確保運(yùn)動(dòng)跟蹤更快，功耗更低。

意法半導(dǎo)體APMS產(chǎn)品部副總裁、MEMS子產(chǎn)品部總經(jīng)理Simone Ferri表示：“智能穿戴電子設(shè)備是提高個(gè)人健康意識(shí)和引爆健身熱潮的關(guān)鍵使能技術(shù)。今天，每個(gè)人都可以在手表上監(jiān)測(cè)心率、跟蹤身體運(yùn)動(dòng)和地理位置。我們最新的生物傳感器芯片可以提升穿戴設(shè)備的產(chǎn)品力，具有運(yùn)動(dòng)和生物信號(hào)檢測(cè)功能，外觀小巧纖薄，功耗預(yù)算不高?！?/p>

市調(diào)機(jī)構(gòu)Yole Development的分析師認(rèn)為，可穿戴監(jiān)視器的市場(chǎng)增長(zhǎng)有機(jī)會(huì)超越整個(gè)健康市場(chǎng)，包括經(jīng)健康組織批準(zhǔn)的可在柜臺(tái)銷售的消費(fèi)類醫(yī)療設(shè)備。通過(guò)在芯片上創(chuàng)建一個(gè)完整的精準(zhǔn)的傳感器輸入，意法半導(dǎo)體的芯片設(shè)計(jì)專家正在促進(jìn)所有領(lǐng)域的創(chuàng)新，提供心率變異性、認(rèn)知功能和精神狀態(tài)等先進(jìn)監(jiān)測(cè)功能。

ST1VAFE3BX為可穿戴應(yīng)用帶來(lái)了從手腕擴(kuò)展到身體其他位置的機(jī)會(huì)，例如，用于改善生活方式或醫(yī)療監(jiān)測(cè)目的的智能貼片。意法半導(dǎo)體的客戶BM創(chuàng)新公司（BMI）和Pison處于該領(lǐng)域創(chuàng)新的最前沿，他們已經(jīng)將這款傳感器用在了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

在無(wú)線傳感器領(lǐng)域，BMI是一家經(jīng)驗(yàn)豐富的電子設(shè)計(jì)合約公司，擁有廣泛的項(xiàng)目組合，包括幾個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)先的心率監(jiān)測(cè)和運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練情況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。BMI總經(jīng)理Richard Mayerhofer表示：“借助意法半導(dǎo)體新推出的生物傳感器，我們能夠開(kāi)發(fā)下一代精確的運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練成績(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括胸帶式或小貼片式心電圖分析儀。在一個(gè)緊湊的封裝內(nèi)整合vAFE的模擬信號(hào)與加速度傳感器的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，有助于我們結(jié)合情境感知信息進(jìn)行精確的數(shù)據(jù)分析。直接在傳感器上支持人工智能算法，正是我們一直在尋找的解決方案?！?/p>

Pison是一家專注于提高健康和人類潛力的先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)公司，首席技術(shù)官David Cipoletta補(bǔ)充道： “意法半導(dǎo)體的新生物傳感器是智能手表手勢(shì)識(shí)別以及認(rèn)知性能和神經(jīng)健康監(jiān)測(cè)的絕佳解決方案。利用這一技術(shù)進(jìn)步，我們顯著增強(qiáng)了智能穿戴設(shè)備的功能和用戶體驗(yàn)?！?/p>

ST1VAFE3BX現(xiàn)已投產(chǎn)，采用2mm x 2mm 12引腳LGA封裝，可從意法半導(dǎo)體官網(wǎng)eSTore（申請(qǐng)免費(fèi)樣品）和分銷商處購(gòu)買。

在11月12日至15日慕尼黑舉行的大型行業(yè)展會(huì)慕尼黑電子展2024上，參觀者可以在C3 101展廳意法半導(dǎo)體展臺(tái)的傳感技術(shù)演示中看到ST1VAFE3BX。

技術(shù)詳情

生物電位傳感器的模擬前端電路的設(shè)計(jì)難度很大，并受到檢測(cè)前皮膚準(zhǔn)備情況、傳感器電極在身體上的安裝位置等不可預(yù)測(cè)因素的影響。ST1VAFE3BX提供了一個(gè)功能完整的垂直模擬前端（vAFE），可以簡(jiǎn)化對(duì)指示身體或情緒狀態(tài)的不同類型生命體征的檢測(cè)。

因此，健康產(chǎn)品和醫(yī)療設(shè)備廠商可以擴(kuò)大產(chǎn)品種類，在產(chǎn)品中增加心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）、地震心電圖（SCG）、神經(jīng)電圖（ENG）等監(jiān)測(cè)功能，引爆價(jià)格合理、簡(jiǎn)單好用、可靠地指示健康狀態(tài)或?qū)毫蚺d奮等事件的生理反應(yīng)的新設(shè)備市場(chǎng)。未來(lái)可能出現(xiàn)更多的有助于增強(qiáng)醫(yī)療和健身功能和提高自我意識(shí)的穿戴設(shè)備。

除了在芯片上集成這個(gè)精準(zhǔn)的模擬前端外，ST1VAFE3BX還利用意法半導(dǎo)體的MEMS微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)能力，在芯片上集成一個(gè)慣性傳感器加速度計(jì)。這個(gè)加速度計(jì)提供有關(guān)佩戴者運(yùn)動(dòng)的信息，與生物電位傳感信號(hào)同步傳說(shuō)數(shù)據(jù)，幫助應(yīng)用推斷實(shí)際測(cè)量信號(hào)與身體活動(dòng)之間的聯(lián)系。

ST1VAFE3BX還集成了意法半導(dǎo)體的機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)核（MLC）和有限狀態(tài)機(jī)（FSM），讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員能夠在芯片上實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的神經(jīng)處理決策樹(shù)。這些人工智能算法讓傳感器能夠自主處理活動(dòng)檢測(cè)等功能，減輕主CPU的運(yùn)算負(fù)荷，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，最大限度地降低功耗。這樣，意法半導(dǎo)體的傳感器能夠讓智能設(shè)備提供更復(fù)雜的功能，并具有更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間，從而提高了設(shè)備的實(shí)用性。意法半導(dǎo)體還提供軟件工具，例如，ST Edge AI Suite中的MEMS Studio，幫助設(shè)計(jì)人員釋放ST1VAFE3BX的最大性能，還提供MLC決策樹(shù)配置工具。

ST1VAFE3BX的生物檢測(cè)信號(hào)通道包括具增益可設(shè)置的和12位ADC分辨率的vAFE前端。3200Hz的最大輸出數(shù)據(jù)速率適用于各種生物電位測(cè)量，以量化心臟、大腦和肌肉活動(dòng)。

該產(chǎn)品的電源電壓范圍是1.62V至3.6V，典型工作電流僅為50μA，在節(jié)能模式下可降至2.2μA。

片上集成的低噪聲加速度計(jì)具有±2g至±16g的可設(shè)置量程。除了可以提供活動(dòng)檢測(cè)等功能的機(jī)器學(xué)習(xí)核心和可編程有限狀態(tài)機(jī)外，ST1VAFE3BX還內(nèi)置高級(jí)計(jì)步器、可做走路步數(shù)計(jì)數(shù)功能。