VC52S 超低功耗心率與血氧檢測(cè)傳感器 —— 智慧健康監(jiān)測(cè)的理想選擇

成都維客昕微電子有限公司傾力打造的VC52S傳感器，是一款專為心率與血氧檢測(cè)而研發(fā)的高性能產(chǎn)品。該產(chǎn)品憑借超低功耗設(shè)計(jì)、精密的模擬與數(shù)字接口以及完善的光學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成為現(xiàn)代健康監(jiān)測(cè)設(shè)備和智能穿戴產(chǎn)品的核心組件。本文將全面介紹VC52S的各項(xiàng)技術(shù)特性、應(yīng)用電路設(shè)計(jì)、封裝尺寸、LED光學(xué)布局以及包裝和濕敏等級(jí)等詳細(xì)參數(shù)，為各界客戶提供準(zhǔn)確的產(chǎn)品信息與設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

一、產(chǎn)品概述

VC52S傳感器采用超低功耗設(shè)計(jì)，其模擬電源供電范圍為3.0V3.6V，保證在各種供電條件下均能穩(wěn)定運(yùn)行。該傳感器采用I2C接口通信，最高支持400KHz時(shí)鐘速率，設(shè)備地址為0x33，方便與MCU等控制單元集成。內(nèi)置128Byte FIFO緩存及4個(gè)高靈敏度光電二極管，實(shí)現(xiàn)心率與血氧的高精度采樣和檢測(cè)。產(chǎn)品封裝選用LGA22（尺寸為5mm×4mm×0.92mm），符合RoHS環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，既適用于消費(fèi)類穿戴產(chǎn)品，也滿足工業(yè)級(jí)智能監(jiān)測(cè)需求。

二、核心技術(shù)特性

1. 超低功耗設(shè)計(jì)

工作模式功耗

心率模式：在25Hz采樣頻率下（包含LED驅(qū)動(dòng)），僅需約40μA；

血氧模式：在相同采樣頻率下功耗為400μA；

未佩戴狀態(tài)：功耗降至約2μA@1Hz；

休眠狀態(tài)下的電流低至約400nA。

電源要求

模擬電源：3.0V至3.6V；

接口電源：1.8V至3.6V。

通過極低的功耗設(shè)計(jì)，VC52S不僅延長(zhǎng)了便攜設(shè)備的電池續(xù)航，同時(shí)也滿足了長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)的低功耗要求。

2. 高精度采樣與檢測(cè)

采樣頻率可配置

VC52S支持10~500Hz的信號(hào)采樣頻率，適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景下的心率與血氧監(jiān)測(cè)需求。

LED電流調(diào)控

LED驅(qū)動(dòng)電流范圍可調(diào)，從1.25mA到155mA均可靈活設(shè)定，確保在各種環(huán)境下均能輸出穩(wěn)定的光信號(hào)。

光學(xué)方案

紅外LED主要用于血氧檢測(cè)與佩戴識(shí)別；同時(shí)產(chǎn)品內(nèi)集成4個(gè)高靈敏度的Photodiode，實(shí)現(xiàn)對(duì)心率和血氧信號(hào)的精準(zhǔn)捕捉。

膚色等級(jí)檢測(cè)

針對(duì)不同膚色的檢測(cè)需求，產(chǎn)品在心率模式上提供14級(jí)皮膚色分級(jí)，而在血氧模式上可達(dá)到15級(jí)，參考了[PANTONE Skin Tone Guide]標(biāo)準(zhǔn)，確保對(duì)膚色的精細(xì)區(qū)分。

3. 數(shù)字接口與內(nèi)部集成

I2C通信接口

支持最高400KHz的時(shí)鐘頻率，通過7位設(shè)備地址（0x33）與主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。

內(nèi)置FIFO設(shè)計(jì)

配備128Byte FIFO緩存，有效緩解數(shù)據(jù)傳輸瓶頸，確保采樣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理與存儲(chǔ)。

三、引腳配置與應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

1. 引腳配置

VC52S的引腳布局經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，確保各項(xiàng)功能信號(hào)的合理分配與抗干擾能力。主要引腳說明如下（部分關(guān)鍵引腳）：

GLED（綠光負(fù)極）、VCP（綠光電源）：用于綠光LED驅(qū)動(dòng)；

ILED（紅外負(fù)極）：為紅外LED提供驅(qū)動(dòng)；

RLED（紅燈負(fù)極）：對(duì)應(yīng)紅光LED的驅(qū)動(dòng)；

DVDD、AVDD、VDDIO：分別為數(shù)字、模擬與接口供電，每個(gè)供電口均要求配備100nF去耦電容；

SCL__與__SDA：I2C時(shí)鐘與數(shù)據(jù)線，分別承擔(dān)高速數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)；

INT__與__RSTN：分別為中斷輸出和復(fù)位信號(hào)，確保外部控制的及時(shí)響應(yīng)。

引腳均按照?qǐng)D2與表2詳細(xì)說明，所有未標(biāo)記的NC引腳均建議保持浮空，避免接入電源或接地，以防影響芯片工作穩(wěn)定性。

2. 推薦應(yīng)用電路

為了保障VC52S在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮最佳性能，規(guī)格書中提供了詳細(xì)的推薦應(yīng)用電路圖（圖3）。設(shè)計(jì)中主要注意以下幾點(diǎn)：

電源設(shè)計(jì)

心率模組建議采用獨(dú)立LDO供電。若MCU通信及中斷、復(fù)位信號(hào)采用1.8V，則VDDIO須單獨(dú)接1.8V電源；采用3.3V時(shí)則可與VDD合并。

去耦電容布局

C5、C6、C8等去耦電容應(yīng)盡量靠近VC52S的相應(yīng)引腳布置，同時(shí)建議在心率模組的LDO輸出端組合配置10μF與100nF電容，提升整體穩(wěn)定性。

LED參數(shù)

圖中Green、IR、RLED的LED參數(shù)都有明確要求，務(wù)必嚴(yán)格按照規(guī)格選擇對(duì)應(yīng)參數(shù)的LED，確保芯片性能得到充分保障。

四、LDO及電源設(shè)計(jì)要求

為確保心率與血氧檢測(cè)模塊穩(wěn)定供電，規(guī)格書對(duì)LDO性能提出了嚴(yán)格要求：

輸出電壓紋波

LDO輸出電源的紋波峰峰值應(yīng)小于40mV。

負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

當(dāng)電流從1mA瞬變至100mA時(shí)，LDO的輸出穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)小于50μs，穩(wěn)定壓降控制在10mV以內(nèi)。

特別注意，給心率模組供電的LDO輸出不得出現(xiàn)超過3.6V的持續(xù)電壓或脈沖電壓，以防損壞芯片。

五、封裝外形尺寸與焊接工藝

1. LGA22封裝

VC52S采用LGA22封裝，外形尺寸為5mm×4mm×0.92mm。詳細(xì)封裝尺寸由圖4與表3給出，各尺寸參數(shù)均經(jīng)過嚴(yán)格檢測(cè)，確保產(chǎn)品在組裝與應(yīng)用中的穩(wěn)定性與可靠性。

2. 推薦回流焊曲線

為實(shí)現(xiàn)最佳焊接效果，規(guī)格書中提供了推薦的回流焊溫度曲線（圖5），該曲線為制造工藝提供了關(guān)鍵參數(shù)，幫助工程師掌握熱焊過程中的溫度變化與焊點(diǎn)質(zhì)量控制。

六、光學(xué)結(jié)構(gòu)與LED布局設(shè)計(jì)

VC52S在光學(xué)設(shè)計(jì)方面具有多項(xiàng)創(chuàng)新：

1. LED布局與尺寸

單色與雙色鏡片設(shè)計(jì)

規(guī)格書中圖6、圖7及圖8分別展示了LED布局及對(duì)應(yīng)的絲印開窗尺寸設(shè)計(jì)，針對(duì)單色鏡片和雙色模鏡片均有詳細(xì)建議。

隔光輔料設(shè)計(jì)

圖9提供了硅膠框隔光輔料的尺寸圖，確保芯片與LED之間實(shí)現(xiàn)完全隔光，避免竄光現(xiàn)象。

2. 布局設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

漏光防護(hù)

運(yùn)動(dòng)版方案對(duì)漏光處理要求嚴(yán)格：VC52S與鏡片距離應(yīng)控制在0.1mm以內(nèi)；周邊設(shè)計(jì)有硅膠框隔光輔料，且要求組件在VC52S周圍0.6mm范圍內(nèi)不得放置其他元器件。

絲印鏡片要求

鏡片透光率推薦在90%以上，透射波長(zhǎng)范圍400至1000nm；單色鏡片厚度不超過0.5mm，雙色模鏡片不超過1.1mm，材質(zhì)建議采用硬質(zhì)玻璃或亞克力。

此外，若設(shè)計(jì)方案中需對(duì)結(jié)構(gòu)、硬件或光路進(jìn)行調(diào)整，必須與維客昕微電子提前溝通評(píng)估，確保不影響最終性能。

3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

圖10詳細(xì)說明了VC52S與鏡片之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，包括各層高度參數(shù)（如焊錫膏厚度、底殼防水膠高度、FPC背膠高度等）的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證VC52S與底殼平齊，確保鏡片與VC52S之間的距離不超過0.1mm，同時(shí)隔光輔料的高度應(yīng)略大于底殼、FPC背膠等各層之和，以有效阻隔LED漏光。對(duì)于雙色模結(jié)構(gòu)，圖11則提供了相應(yīng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，保證最終成品在測(cè)深膚色及其他應(yīng)用場(chǎng)景下均能達(dá)到理想效果。

七、包裝信息及濕敏等級(jí)

VC52S采用卷帶包裝形式，每盤包含3000片。產(chǎn)品的濕敏等級(jí)為3級(jí)（MSL3），包裝過程中采用防潮袋抽真空，內(nèi)含干燥劑與濕度指示卡，確保出廠時(shí)產(chǎn)品處于最佳狀態(tài)。根據(jù)規(guī)格，未拆封情況下產(chǎn)品可在溫度低于25℃、相對(duì)濕度小于50%RH的環(huán)境中保存長(zhǎng)達(dá)12個(gè)月，為客戶提供了充足的庫存與物流保障。

八、LED性能參數(shù)及輔料說明

為了確保心率與血氧檢測(cè)芯片的高效運(yùn)行，VC52S對(duì)LED的光效及電氣參數(shù)提出了嚴(yán)格要求，具體參數(shù)如下表所示：

Green LED

波長(zhǎng)：525nm

發(fā)光效率：2000mcd@20mA

正向壓降：小于3.2V@20mA

正向最大電流：100mA

IR LED

波長(zhǎng)：940nm

發(fā)光效率：2.5mW/sr@20mA

正向壓降：小于1.65V@20mA

正向最大電流：100mA

Red LED

波長(zhǎng)：625nm

發(fā)光效率：500mcd@20mA

正向壓降：小于2.4V@20mA

正向最大電流：100mA

九、總結(jié)

VC52S超低功耗心率與血氧檢測(cè)傳感器憑借其先進(jìn)的超低功耗技術(shù)、靈活的采樣檢測(cè)能力以及精細(xì)的LED與光學(xué)設(shè)計(jì)，完美契合當(dāng)下智能穿戴及健康監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的需求。

從電源設(shè)計(jì)、信號(hào)采樣到封裝與焊接工藝，每一項(xiàng)指標(biāo)均嚴(yán)格按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，為客戶提供了從硬件到工藝的一站式解決方案。無論是在消費(fèi)級(jí)智能手環(huán)、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，還是在醫(yī)療健康監(jiān)控系統(tǒng)中，VC52S均能夠提供精準(zhǔn)、可靠的數(shù)據(jù)支持，幫助用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)身體健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理。

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審核編輯 黃宇