STMicroelectronics ST1VAFE3BX生物傳感器具有垂直模擬前端 (vAFE)，可檢測(cè)生物電勢(shì)信號(hào)，并設(shè)有跟蹤運(yùn)動(dòng)的高性能3軸數(shù)字加速度計(jì)。 STMicroelectronics ST1VAFE3BX設(shè)計(jì)為緊湊、低噪聲、低功耗，具有可配置的輸入阻抗。 vAFE能夠讀取與運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)互補(bǔ)的模擬信號(hào)，通過(guò)信號(hào)同步實(shí)現(xiàn)低延遲、情景感知的邊緣分析。電壓反饋和加速度計(jì)易于集成，可獨(dú)立處理MEMS傳感器中的數(shù)據(jù)，從微控制器卸載任務(wù)。高級(jí)特性包括有限狀態(tài)機(jī) (FSM)、自適應(yīng)自配置 (ASC)，以及用于信號(hào)處理和導(dǎo)出AI濾波器的機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)核 (MLC)。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：STMicroelectronics ST1VAFE3BX生物傳感器（帶vAFE）數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

特性

• 雙通道，用于生物電勢(shì)信號(hào)檢測(cè)和運(yùn)動(dòng)跟蹤
• 電源電壓范圍：1.62V至3.6V
  • 獨(dú)立IO電源（1.62V至3.6V），用于^I2C^和SPI接口
  • 獨(dú)立IO電源（擴(kuò)展范圍：1.08V至3.6V），用于MIPI ^I3C^ ^?^ 接口
• 超低電源電流：50μA（典型值），關(guān)斷電流為2.2μA
• 生物電勢(shì)信號(hào)檢測(cè)通道，帶模擬集線器
  • 單通道差分輸入放大器 (vAFE)
  • 可編程增益和輸入阻抗
  • 12位ADC分辨率
  • 僅使用模擬集線器/vAFE通道時(shí)，ODR高達(dá)3200Hz
• 加速度計(jì)通道
  • 低噪聲：低至220μg/√Hz
  • 可編程滿量程：±2g/±4g/±8g/±16g
  • ODR：1.6 Hz至800 Hz
• 嵌入式機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)核，用于高達(dá)1.6kHz模擬集線器/vAFE數(shù)據(jù)
• 可編程有限狀態(tài)機(jī)，用于高達(dá)1.6kHz模擬集線器/vAFE數(shù)據(jù)
• 基于傳感器處理輸出（FSM/MLC）的自適應(yīng)自配置（ASC）
• 嵌入式FIFO，多達(dá)128個(gè)加速度計(jì)和模擬集線器/vAFE數(shù)據(jù)樣本，或256個(gè)低分辨率加速度計(jì)數(shù)據(jù)樣本
• 高速 ^I2C^ /SPI/MIPI^I3C^數(shù)字輸出接口
• 高級(jí)計(jì)步器、步進(jìn)檢測(cè)器和步進(jìn)計(jì)數(shù)器
• 自檢
• 2.0mm x 2.0mm x 0.74mm (最大值)，LGA 12引腳封裝
• 高沖擊生存率：10000 g
• 符合ECOPACK和RoHS指令

框圖

ST1VAFE3BX生物傳感器技術(shù)解析與應(yīng)用指南

一、產(chǎn)品概述

ST1VAFE3BX是STMicroelectronics推出的一款集成垂直模擬前端(vAFE)的生物傳感器，專為生物電位信號(hào)檢測(cè)和超低功耗運(yùn)動(dòng)跟蹤而設(shè)計(jì)。該器件采用LGA-12L封裝（2.0×2.0×0.74mm），工作溫度范圍為-40°C至+85°C，主要面向可穿戴設(shè)備、便攜式醫(yī)療設(shè)備及健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用。

?核心特性?：

• 雙通道設(shè)計(jì)：生物電位信號(hào)檢測(cè)+3軸數(shù)字加速度計(jì)
• 超低功耗：典型工作電流僅50μA，待機(jī)模式2.2μA
• 寬電壓范圍：1.62V至3.6V供電（I/O接口獨(dú)立供電）
• 嵌入式AI功能：機(jī)器學(xué)習(xí)核心(MLC)和有限狀態(tài)機(jī)(FSM)
• 高抗沖擊性：可承受10,000g機(jī)械沖擊

二、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

1. 生物電位信號(hào)通道

• ?vAFE前端?：可編程增益(×2至×16)和輸入阻抗(100MΩ至1GΩ)
• ?ADC分辨率?：12位（可擴(kuò)展至14位）
• ?采樣率?：最高3200Hz（僅vAFE激活時(shí)）
• ? 共模抑制比(CMRR) ?：80dB（典型值）

2. 加速度計(jì)通道

• ?量程?：±2g/±4g/±8g/±16g可編程
• ?噪聲密度?：低至220μg/√Hz
• ? 輸出數(shù)據(jù)率(ODR) ?：1.6Hz至800Hz可調(diào)

3. 數(shù)據(jù)處理能力

• ?嵌入式FIFO?：128樣本（加速度+vAFE）或256樣本（僅加速度）
• ?機(jī)器學(xué)習(xí)核心?：支持4個(gè)決策樹(shù)并行處理
• ?同步采集?：vAFE與加速度數(shù)據(jù)硬件同步

三、典型應(yīng)用場(chǎng)景

1. 醫(yī)療健康監(jiān)測(cè)

• ?ECG/EEG/ENG信號(hào)采集?：通過(guò)vAFE通道實(shí)現(xiàn)高阻抗生物電位測(cè)量
• ?活動(dòng)追蹤?：結(jié)合加速度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)步數(shù)統(tǒng)計(jì)、跌倒檢測(cè)
• ?睡眠監(jiān)測(cè)?：利用超低功耗模式延長(zhǎng)設(shè)備續(xù)航

2. 可穿戴設(shè)備

• ?智能手表/手環(huán)?：集成生物信號(hào)與運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析
• ?醫(yī)療貼片?：小尺寸+低功耗特性適合長(zhǎng)期佩戴
• ?運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)?：內(nèi)置的MLC可識(shí)別跑步、游泳等運(yùn)動(dòng)模式

四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 硬件設(shè)計(jì)

• ?電源管理?：建議VDD和VDDIO分別配置10μF+100nF去耦電容
• ?電極接口?：需外接5kΩ限流電阻和460pF濾波電容（見(jiàn)圖13電路）
• ?抗干擾設(shè)計(jì)?：差分輸入架構(gòu)可有效抑制共模干擾

2. 工作模式配置

• ?四階功耗模式?：
  • 高性能模式（全帶寬）
  • 低功耗模式（帶抗混疊濾波）
  • 超低功耗模式（1.6Hz ODR）
  • 單次采樣模式（按需觸發(fā)）

3. 數(shù)據(jù)處理優(yōu)化

• ?FIFO應(yīng)用?：支持6種工作模式（包括連續(xù)存儲(chǔ)、觸發(fā)存儲(chǔ)等）
• ?機(jī)器學(xué)習(xí)集成?：提供特征提取、濾波和模式識(shí)別功能
• ?數(shù)據(jù)同步?：硬件保證vAFE與加速度數(shù)據(jù)的時(shí)序一致性

五、開(kāi)發(fā)建議

1. ?寄存器配置?：建議通過(guò)SPI接口（最高10MHz）進(jìn)行批量配置
2. ?運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?：利用同步特性消除運(yùn)動(dòng)偽影對(duì)生物信號(hào)的影響
3. ?功耗優(yōu)化?：
   • 使用活動(dòng)檢測(cè)自動(dòng)切換ODR
   • 合理設(shè)置FIFO水位線減少MCU喚醒次數(shù)
4. ?AI模型部署?：ST提供Unico GUI工具簡(jiǎn)化MLC/FSM編程

六、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

• ?ESD防護(hù)?：所有引腳需滿足HBM 2kV標(biāo)準(zhǔn)
• ?熱設(shè)計(jì)?：注意結(jié)殼熱阻RθJC對(duì)高溫環(huán)境應(yīng)用的影響
• ?信號(hào)完整性?：高頻信號(hào)走線需做50Ω阻抗匹配
• ?固件升級(jí)?：支持通過(guò)I3C接口進(jìn)行在線更新