芯海科技CS1262：高精度全场景PPG AFE
芯海科技近期发布了其最新的PPG（Photoplethysmograph，光电容积脉搏波描记法）AFE（Analog Front End，vwin 前端）芯片——CS1262。这款芯片以其卓越的性能指标和全面的功能特性，为用户提供了高精度、高可靠性的生命体征测量解决方案。
CS1262作为业界领先的高性能PPG AFE芯片，具备七大核心价值：高配置、高精度测量、超强抗干扰、低功耗、全肤色支持、高可靠性以及易用性。其动态范围高达110dB，支持4PD*12相位的48路有效数据采集，内嵌的LED Driver驱动能力高达250mA，可支持8路LED输出，确保了测量的准确性和稳定性。
一、PPG测量技术原理
在PPG测量技术方面，CS1262采用了先进的光电信号检测技术，通过LED光照射人体皮肤表面，再由PD光电传感器检测获取动脉搏动调制信息的光信号，进而分析得出心率、血氧等健康指标。其独特的微弱信号捕捉能力，使得在手腕等信号较弱部位也能清晰捕捉到PPG信号，为后续算法处理提供了强有力的支撑。
图1 PPG信号检测系统
图2 PPG信号
为了满足全场景应用的需求，CS1262具备自动模拟环境光消减功能，消减范围达±200uA，且拥有优越的相位信号低残余特性。这使得CS1262在复杂运动场景下也能准确捕捉PPG信号，保证了复杂肤色、复杂测试环境下的高准确性检测。
图3光子运动轨迹仿真
从1974年Takuo Aoyagi 发明PPG测量方法至今，传统指甲式血氧仪已经很成熟。最近几年，健康测量手表的出现却带来了新的挑战。测量部位从手指变化到手腕，测量场景从静息到全场景运动类型，对AFE芯片提出了更加苛刻的要求。
如图3所示，手腕的组织光学仿真中描绘了10个光子的运动轨迹，只有红色标注的1个光子捕捉到有效的AC信号。实际上手指的有效信号是手腕的的几十倍以上，再加上处理运动带来的伪影，对AFE的性能指标提出了新的需求。芯海的CS1262就是一颗具有高SNR，低功耗特性和考虑全场景应用的AFE。
二、CS1262的产品优势概要
图4 CS1262系统框图
CS1262是一颗高性能PPG AFE。高准确度：高达110dB的动态范围，支持4PD*12相位的48路有效数据采集，内嵌驱动能力高达250mA的LED Driver可支持8路LED输出。超强抗干扰：PSRR大于90dB，环境光抑制能力强模拟环境光消减高达±200uA。低功耗：83uA@100Hz@4Ch@2阶环境光消减，54uA@100Hz@1Ch@2阶环境光消减。
三、CS1262的微弱信号捕捉能力
图5 CS1262 SNR VS 增益电阻
图6 PI≈0.1%手腕处的PPG信号
高达110dB的动态范围，97.5dB的SNR@500KΩ（dBFS)和±63.875uA的LED消减电流，为CS1262提供了强大的微弱信号捕捉能力。相比友商109dB的动态范围，96dB的SNR@500KΩ（dBFS)更胜一筹。
如图6所示，CS1262采集到手腕上的红光和红外PPG信号，PI灌注度水平在千分之一，脉搏波形清晰可见，为后续算法的处理提供了强有力的支撑。
四、CS1262满足全场景应用
图7 静息、步行、跑步等场景下PPG信号频谱
CS1262高达110dB的动态范围，具备自动模拟环境光消减功能、±200uA的消减范围及优越的相位信号低残余特性，使之具备在复杂运动场景下捕捉PPG信号的能力。强大的LED驱动能力和高达8LED*4PD的光电传感器矩阵布局，保证了复杂肤色、复杂测试环境下的高准确性检测。
如图7所示，在多运动场景下，CS1262采集的心率频谱清晰且连续稳定。
五、CS1262的低功耗特性
表1 不同使用场景下的功耗
在功耗方面，CS1262表现出色。其工作电流在PRF为5Hz时低至13.3uA，为穿戴设备和睡眠健康监测应用场景提供了持久可靠的解决方案。同时，其低至54uA的功耗（@PRF100Hz）也优于同类产品，为穿戴设备提供了更高的能效比和更持久的续航能力。
此外，CS1262还是芯海科技智慧健康测量产品系列的重要组成部分。未来，它将与公司的BIA、ECG等多种SOC/模拟前端芯片产品形成系列化芯片组合，搭配健康测量算法、无线连接及配套标准方案，实现健康与智能的融合，为更多高端健康设备和高端消费电子产品赋能。
综上所述，芯海科技CS1262作为一款高精度全场景PPG AFE芯片，以其卓越的性能指标、全面的功能特性和低功耗特性，为用户提供了高效、可靠的生命体征测量解决方案，将成为智能穿戴设备领域的重要选择。
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