意法半導體生物感測創(chuàng)新技術(shù)賦能下一代智能穿戴個人醫(yī)療健身設備

服務多重電子應用領(lǐng)域、全球排名前列的半導體公司意法半導體(STMicroelectronics，簡稱ST)近日推出了一款新的面向智能手表、運動手環(huán)、智能戒指、智能眼鏡等下一代智能穿戴醫(yī)療設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體的經(jīng)過市場檢驗的慣性傳感器和AI核心。其中，AI核心在芯片上執(zhí)行活動檢測，確保運動跟蹤更快，功耗更低。

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

市調(diào)機構(gòu)Yole Development的分析師認為，可穿戴監(jiān)視器的市場增長有機會超越整個健康市場，包括經(jīng)健康組織批準的可在柜臺銷售的消費類醫(yī)療設備。通過在芯片上創(chuàng)建一個完整的精準的傳感器輸入，意法半導體的芯片設計專家正在促進所有領(lǐng)域的創(chuàng)新，提供心率變異性、認知功能和精神狀態(tài)等先進監(jiān)測功能。

ST1VAFE3BX為可穿戴應用帶來了從手腕擴展到身體其他位置的機會，例如，用于改善生活方式或醫(yī)療監(jiān)測目的的智能貼片。意法半導體的客戶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)品的開發(fā)。

在無線傳感器領(lǐng)域，BMI是一家經(jīng)驗豐富的電子設計合約公司，擁有廣泛的項目組合，包括幾個市場領(lǐng)先的心率監(jiān)測和運動員訓練情況監(jiān)測系統(tǒng)。BMI總經(jīng)理Richard Mayerhofer表示：“借助意法半導體新推出的生物傳感器，我們能夠開發(fā)下一代精確的運動員訓練成績監(jiān)測系統(tǒng)，包括胸帶式或小貼片式心電圖分析儀。在一個緊湊的封裝內(nèi)整合vAFE的模擬信號與加速度傳感器的運動數(shù)據(jù)，有助于我們結(jié)合情境感知信息進行精確的數(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技術(shù)開發(fā)公司，首席技術(shù)官David Cipoletta補充道： “意法半導體的新生物傳感器是智能手表手勢識別以及認知性能和神經(jīng)健康監(jiān)測的絕佳解決方案。利用這一技術(shù)進步，我們顯著增強了智能穿戴設備的功能和用戶體驗?！?/p>

ST1VAFE3BX現(xiàn)已投產(chǎn)，采用2mm x 2mm 12引腳LGA封裝，可從意法半導體官網(wǎng)eSTore（申請免費樣品）和分銷商處購買。

在11月12日至15日慕尼黑舉行的大型行業(yè)展會慕尼黑電子展2024上，參觀者可以在C3 101展廳意法半導體展臺的傳感技術(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計難度很大，并受到檢測前皮膚準備情況、傳感器電極在身體上的安裝位置等不可預測因素的影響。ST1VAFE3BX提供了一個功能完整的垂直模擬前端（vAFE），可以簡化對指示身體或情緒狀態(tài)的不同類型生命體征的檢測。

因此，健康產(chǎn)品和醫(yī)療設備廠商可以擴大產(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)測功能，引爆價格合理、簡單好用、可靠地指示健康狀態(tài)或?qū)毫蚺d奮等事件的生理反應的新設備市場。未來可能出現(xiàn)更多的有助于增強醫(yī)療和健身功能和提高自我意識的穿戴設備。

除了在芯片上集成這個精準的模擬前端外，ST1VAFE3BX還利用意法半導體的MEMS微機電系統(tǒng)技術(shù)能力，在芯片上集成一個慣性傳感器加速度計。這個加速度計提供有關(guān)佩戴者運動的信息，與生物電位傳感信號同步傳說數(shù)據(jù)，幫助應用推斷實際測量信號與身體活動之間的聯(lián)系。

ST1VAFE3BX還集成了意法半導體的機器學習內(nèi)核（MLC）和有限狀態(tài)機（FSM），讓產(chǎn)品設計人員能夠在芯片上實現(xiàn)簡單的神經(jīng)處理決策樹。這些人工智能算法讓傳感器能夠自主處理活動檢測等功能，減輕主CPU的運算負荷，加快系統(tǒng)響應速度，最大限度地降低功耗。這樣，意法半導體的傳感器能夠讓智能設備提供更復雜的功能，并具有更長的續(xù)航時間，從而提高了設備的實用性。意法半導體還提供軟件工具，例如，ST Edge AI Suite中的MEMS Studio，幫助設計人員釋放ST1VAFE3BX的最大性能，還提供MLC決策樹配置工具。

ST1VAFE3BX的生物檢測信號通道包括具增益可設置的和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量，以量化心臟、大腦和肌肉活動。

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具有±2g至±16g的可設置量程。除了可以提供活動檢測等功能的機器學習核心和可編程有限狀態(tài)機外，ST1VAFE3BX還內(nèi)置高級計步器、可做走路步數(shù)計數(shù)功能。