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

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而研發(fā)的高性能產(chǎn)品。該產(chǎn)品憑借超低功耗設計、精密的模擬與數(shù)字接口以及完善的光學與結(jié)構(gòu)設計，成為現(xiàn)代健康監(jiān)測設備和智能穿戴產(chǎn)品的核心組件。本文將全面介紹VC52S的各項技術(shù)特性、應用電路設計、封裝尺寸、LED光學布局以及包裝和濕敏等級等詳細參數(shù)，為各界客戶提供準確的產(chǎn)品信息與設計指導。

一、產(chǎn)品概述

VC52S傳感器采用超低功耗設計，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)定運行。該傳感器采用I2C接口通信，最高支持400KHz時鐘速率，設備地址為0x33，方便與MCU等控制單元集成。內(nèi)置128Byte FIFO緩存及4個高靈敏度光電二極管，實現(xiàn)心率與血氧的高精度采樣和檢測。產(chǎn)品封裝選用LGA22（尺寸為5mm×4mm×0.92mm），符合RoHS環(huán)保標準，既適用于消費類穿戴產(chǎn)品，也滿足工業(yè)級智能監(jiān)測需求。

二、核心技術(shù)特性

1. 超低功耗設計

工作模式功耗

心率模式：在25Hz采樣頻率下（包含LED驅(qū)動），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。

通過極低的功耗設計，VC52S不僅延長了便攜設備的電池續(xù)航，同時也滿足了長時間監(jiān)測的低功耗要求。

2. 高精度采樣與檢測

采樣頻率可配置

VC52S支持10~500Hz的信號采樣頻率，適應不同應用場景下的心率與血氧監(jiān)測需求。

LED電流調(diào)控

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

光學方案

紅外LED主要用于血氧檢測與佩戴識別；同時產(chǎn)品內(nèi)集成4個高靈敏度的Photodiode，實現(xiàn)對心率和血氧信號的精準捕捉。

膚色等級檢測

針對不同膚色的檢測需求，產(chǎn)品在心率模式上提供14級皮膚色分級，而在血氧模式上可達到15級，參考了[PANTONE Skin Tone Guide]標準，確保對膚色的精細區(qū)分。

3. 數(shù)字接口與內(nèi)部集成

I2C通信接口

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

內(nèi)置FIFO設計

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)的實時處理與存儲。

三、引腳配置與應用電路設計

1. 引腳配置

VC52S的引腳布局經(jīng)過精心設計，確保各項功能信號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（綠光負極）、VCP（綠光電源）：用于綠光LED驅(qū)動；

ILED（紅外負極）：為紅外LED提供驅(qū)動；

RLED（紅燈負極）：對應紅光LED的驅(qū)動；

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

SCL__與__SDA：I2C時鐘與數(shù)據(jù)線，分別承擔高速數(shù)據(jù)傳輸任務；

INT__與__RSTN：分別為中斷輸出和復位信號，確保外部控制的及時響應。

引腳均按照圖2與表2詳細說明，所有未標記的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. 推薦應用電路

為了保障VC52S在實際應用中發(fā)揮最佳性能，規(guī)格書中提供了詳細的推薦應用電路圖（圖3）。設計中主要注意以下幾點：

電源設計

心率模組建議采用獨立LDO供電。若MCU通信及中斷、復位信號采用1.8V，則VDDIO須單獨接1.8V電源；采用3.3V時則可與VDD合并。

去耦電容布局

C5、C6、C8等去耦電容應盡量靠近VC52S的相應引腳布置，同時建議在心率模組的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，務必嚴格按照規(guī)格選擇對應參數(shù)的LED，確保芯片性能得到充分保障。

四、LDO及電源設計要求

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

輸出電壓紋波

LDO輸出電源的紋波峰峰值應小于40mV。

負載瞬態(tài)響應

當電流從1mA瞬變至100mA時，LDO的輸出穩(wěn)定時間應小于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。詳細封裝尺寸由圖4與表3給出，各尺寸參數(shù)均經(jīng)過嚴格檢測，確保產(chǎn)品在組裝與應用中的穩(wěn)定性與可靠性。

2. 推薦回流焊曲線

為實現(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質(zhì)量控制。

六、光學結(jié)構(gòu)與LED布局設計

VC52S在光學設計方面具有多項創(chuàng)新：

1. LED布局與尺寸

單色與雙色鏡片設計

規(guī)格書中圖6、圖7及圖8分別展示了LED布局及對應的絲印開窗尺寸設計，針對單色鏡片和雙色模鏡片均有詳細建議。

隔光輔料設計

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

2. 布局設計注意事項

漏光防護

運動版方案對漏光處理要求嚴格：VC52S與鏡片距離應控制在0.1mm以內(nèi)；周邊設計有硅膠框隔光輔料，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，若設計方案中需對結(jié)構(gòu)、硬件或光路進行調(diào)整，必須與維客昕微電子提前溝通評估，確保不影響最終性能。

3. 結(jié)構(gòu)設計要點

圖10詳細說明了VC52S與鏡片之間的結(jié)構(gòu)設計要求，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)設計。設計時應保證VC52S與底殼平齊，確保鏡片與VC52S之間的距離不超過0.1mm，同時隔光輔料的高度應略大于底殼、FPC背膠等各層之和，以有效阻隔LED漏光。對于雙色模結(jié)構(gòu)，圖11則提供了相應的設計要點，保證最終成品在測深膚色及其他應用場景下均能達到理想效果。

七、包裝信息及濕敏等級

VC52S采用卷帶包裝形式，每盤包含3000片。產(chǎn)品的濕敏等級為3級（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℃、相對濕度小于50%RH的環(huán)境中保存長達12個月，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芯片的高效運行，VC52S對LED的光效及電氣參數(shù)提出了嚴格要求，具體參數(shù)如下表所示：

Green LED

波長：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：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：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傳感器憑借其先進的超低功耗技術(shù)、靈活的采樣檢測能力以及精細的LED與光學設計，完美契合當下智能穿戴及健康監(jiān)測產(chǎn)品的需求。

從電源設計、信號采樣到封裝與焊接工藝，每一項指標均嚴格按照國際標準執(zhí)行，為客戶提供了從硬件到工藝的一站式解決方案。無論是在消費級智能手環(huán)、運動監(jiān)測設備，還是在醫(yī)療健康監(jiān)控系統(tǒng)中，VC52S均能夠提供精準、可靠的數(shù)據(jù)支持，幫助用戶實現(xiàn)對身體健康狀態(tài)的實時監(jiān)測與管理。

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審核編輯 黃宇