芯海科技CS1262：高精度全場景PPG AFE新品上市

6月22日，由旭日大數(shù)據(jù)、潮電智庫聯(lián)合智能穿戴產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟共同舉辦的“第四屆智能手表技術(shù)趨勢峰會”于深圳熱烈啟幕。芯海科技（股票代碼：688595）攜全新高端PPG AFE新品CS1262閃靚登場。
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芯海科技CS1262作為關(guān)鍵性能指標趕超業(yè)界一流水平，首款適配OpenHarmony的PPG產(chǎn)品，可以與主流AFE設(shè)計兼容，能夠為用戶提供高配置、高精度測量、超強抗干擾、低功耗、全膚色支持、高可靠及易用性等七大核心價值。
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以下將為您悉心揭露CS1262的神秘面紗！

芯海科技展位現(xiàn)場

芯海科技1262應(yīng)用：血壓手表

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圖片芯海科技資深產(chǎn)品經(jīng)理彭洪偉（左二）出席圓桌探討

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當前，隨著社會經(jīng)濟發(fā)展、人口老齡化以及COVID-19持續(xù)肆虐，人們的健康意識不斷增強。與此同時，微電子技術(shù)的不斷進步，生命體征測量技術(shù)也因而迅速發(fā)展，市場上越來越多的穿戴設(shè)備支持生命體征的監(jiān)測，如智能手環(huán)、耳機、健康手表等。
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PPG作為穿戴式生命體征測量三大技術(shù)（PPG、ECG、BIA）之一，通過非侵入式和無感的方式，可連續(xù)測量心率、血氧SPO2、心率變異性HRV、血壓等健康指標。可通過健康手表、智能手環(huán)的終端產(chǎn)品，采用健康測量算法及AIoT連接，打造私人健康衛(wèi)士。
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一、PPG測量技術(shù)原理

圖1 PPG信號檢測系統(tǒng)

圖2 PPG信號

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PPG是Photoplethysmograph光電容積脈搏波描記法的縮寫，是一種利用光電信號檢測由動脈搏動造成的血液容積變化的技術(shù)，PPG波形是一個隨血液容積變化的脈搏波。
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如圖1所示，PPG測量系統(tǒng)由LED、PD（光電傳感器）及AFE（驅(qū)動LED和檢測PD信號）組成，通過LED光照射人體皮膚表面、組織和血管，產(chǎn)生動脈搏動調(diào)制信息的光信號，再被PD光電傳感器檢測獲取數(shù)據(jù)信息。
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如圖2所示，該信號包含兩個部分：一是調(diào)制了動脈血管變化信息的光信號 AC信號IAC ，另一個是沒有調(diào)制動脈變化信息的光也就是穩(wěn)定的DC信號IDC。分析AC信號可以獲取心率HR值，根據(jù)Lambert-Beer定律，分析紅光和紅外光的AC和DC比例關(guān)系可以獲取血氧SPO2值。

圖3光子運動軌跡仿真

從1974年Takuo Aoyagi 發(fā)明PPG測量方法至今，傳統(tǒng)指甲式血氧儀已經(jīng)很成熟。最近幾年，健康測量手表的出現(xiàn)卻帶來了新的挑戰(zhàn)。測量部位從手指變化到手腕，測量場景從靜息到全場景運動類型，對AFE芯片提出了更加苛刻的要求。
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如圖3所示，手腕的組織光學仿真中描繪了10個光子的運動軌跡，只有紅色標注的1個光子捕捉到有效的AC信號。實際上手指的有效信號是手腕的的幾十倍以上，再加上處理運動帶來的偽影，對AFE的性能指標提出了新的需求。芯海的CS1262就是一顆具有高SNR，低功耗特性和考慮全場景應(yīng)用的AFE。
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二、CS1262的產(chǎn)品優(yōu)勢概要

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圖4 CS1262系統(tǒng)框圖

CS1262是一顆高性能PPG AFE。高準確度：高達110dB的動態(tài)范圍，支持4PD*12相位的48路有效數(shù)據(jù)采集，內(nèi)嵌驅(qū)動能力高達250mA的LED Driver可支持8路LED輸出。超強抗干擾：PSRR大于90dB，環(huán)境光抑制能力強模擬環(huán)境光消減高達±200uA。低功耗：83uA@100Hz@4Ch@2階環(huán)境光消減，54uA@100Hz@1Ch@2階環(huán)境光消減。
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三、CS1262的微弱信號捕捉能力

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圖5 CS1262 SNR VS 增益電阻

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圖6 PI≈0.1%手腕處的PPG信號

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高達110dB的動態(tài)范圍，97.5dB的SNR@500KΩ（dBFS)和±63.875uA的LED消減電流，為CS1262提供了強大的微弱信號捕捉能力。相比友商109dB的動態(tài)范圍，96dB的SNR@500KΩ（dBFS)更勝一籌。
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如圖6所示，CS1262采集到手腕上的紅光和紅外PPG信號，PI灌注度水平在千分之一，脈搏波形清晰可見，為后續(xù)算法的處理提供了強有力的支撐。
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四、CS1262滿足全場景應(yīng)用
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圖7 靜息、步行、跑步等場景下PPG信號頻譜

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CS1262高達110dB的動態(tài)范圍，具備自動模擬環(huán)境光消減功能、±200uA的消減范圍及優(yōu)越的相位信號低殘余特性，使之具備在復(fù)雜運動場景下捕捉PPG信號的能力。強大的LED驅(qū)動能力和高達8LED*4PD的光電傳感器矩陣布局，保證了復(fù)雜膚色、復(fù)雜測試環(huán)境下的高準確性檢測。
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如圖7所示，在多運動場景下，CS1262采集的心率頻譜清晰且連續(xù)穩(wěn)定。
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五、CS1262的低功耗特性

表1 不同使用場景下的功耗

PRF為5Hz時低至13.3uA的工作電流，在穿戴設(shè)備和睡眠健康監(jiān)測應(yīng)用場景，CS1262絕不缺席，是持久可靠的貼身健康衛(wèi)士。CS1262低至54uA的功耗@PRF100Hz，優(yōu)于友商100uA@PRF100Hz 。該低功耗特性為穿戴設(shè)備提供了更高的能效比，更持久的續(xù)航能力。
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CS1262并不只是一款單一產(chǎn)品規(guī)劃，而是芯海科技在智慧健康測量產(chǎn)品系列的重要組成，未來將會與公司的BIA、ECG等多種SOC/模擬前端芯片產(chǎn)品，形成系列化芯片組合，搭配健康測量算法、無線連接及配套標準方案，實現(xiàn)健康與智能的融合，賦能更多高端健康設(shè)備、高端消費電子產(chǎn)品當中。
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