AFE4950設備是模擬前端 （AFE），用于同步采集 PPG 和 ECG 信號。該設備還可用于光學生物傳感應用，例如心率監(jiān)測 （HRM） 和外周毛細血管氧飽和度 （SpO2）。ECG 信號鏈支持 2 電極和 3 電極配置，并具有集成的右腿驅(qū)動 （RLD） 緩沖器。ECG 信號鏈還可用于對電極對之間的阻抗進行連續(xù)、低功耗的監(jiān)測。
*附件：afe4950.pdf

特性

• 支持同時同步采集高達 24 PPG 和單導聯(lián)心電圖信號。
• 靈活分配 8 個 LED，每相 4 個 PD
• 心電圖信號鏈：
  • 1 導聯(lián)心電圖信號采集頻率高達 2 kHz
  • RLD 輸出驅(qū)動第三個電極
  • 輸入噪聲 ： 0.7 μV-rms
  • 支持高達 ±0.65 V 差分直流失調(diào)和 +/-0.55 V 共模范圍
  • 可編程INA增益：11、21
  • 具有快速飽和恢復的高通濾波器
  • 集成 300 Hz 抗混疊低通濾波器
  • 交流、直流引線檢測：2.9 nA 至 92.5 nA
  • 低功耗連續(xù)導聯(lián)檢測
• 阻抗信號鏈
  • 連續(xù)低功耗監(jiān)測 2 個電極之間的阻抗
  • 7 MΩ 范圍
  • 620 kΩ 時 300 Ω噪聲
• PPG變送器：
  • 8位可編程LED電流，范圍可調(diào)范圍為25 mA至250 mA
  • 并聯(lián)點亮兩個 LED 的模式
  • 支持 8 個 LED 的公共陽極配置，用于 SpO2、多波長 HRM
• PPG接收器：
  • 2 個并聯(lián)接收器（兩組 TIA/濾波器）
  • 支持每個接收器4個時間復用光電二極管輸入
  • 每個TIA輸入端的8位環(huán)境失調(diào)減法，范圍為256 μA
  • 8位LED失調(diào)減法DAC，范圍為64 μA
  • TIA 輸入處的自動環(huán)境消除和動態(tài) LED 直流消除
  • 環(huán)境抑制接近 100 dB，最高 10 Hz
  • 具有可編程帶寬的噪聲濾波
  • 跨阻增益：3.7 kΩ 至 1 MΩ
• 準確、連續(xù)的心率監(jiān)測：
  • 系統(tǒng)信噪比高達109 dB（16 μA PD電流）
  • 低電流，可在可穿戴設備上連續(xù)工作，典型值：LED為15μA，接收器為20μA
• 外部時鐘和內(nèi)部振蕩器模式
• 采集與系統(tǒng)主時鐘同步的數(shù)據(jù)
• 具有 256 個樣本深度的 FIFO
• SPI，我^2^C 接口：可通過引腳選擇
• 2.6 mm × 2.5 mm DSBGA，0.4 mm 間距
• 電源：Rx：1.7-1.9V（LDO旁路）;1.9-3.6V（啟用 LDO），發(fā)射：3-5.5V，IO：1.7-RX_SUP

參數(shù)

方框圖

AFE4950 是德州儀器推出的超小型集成模擬前端（AFE），核心優(yōu)勢為同步采集 PPG 與 ECG 信號、低功耗與高集成度，專為可穿戴設備的心率監(jiān)測、血氧檢測（SpO?）及生物電傳感設計。

核心參數(shù)與特性

• 信號采集能力：支持同步采集 24 路 PPG 信號與 1 導聯(lián) ECG 信號，ECG 采樣率最高 2 kHz，輸入噪聲低至 0.7 μV-rms，共模電壓范圍 ±0.55 V，差分直流偏移 ±0.65 V。
• PPG 收發(fā)性能：8 路 LED 驅(qū)動（共陽極配置），8 位可編程電流 25 mA-250 mA，支持雙 LED 并聯(lián)觸發(fā)；4 路光電二極管（PD）輸入，2 組并行接收器（含 TIA / 濾波器），跨阻增益 3.7 kΩ-1 MΩ。
• 噪聲與抗干擾：環(huán)境光抑制比接近 100 dB（≤10 Hz），內(nèi)置環(huán)境光與 LED 直流偏移抵消電路；ECG 通道集成 300 Hz 抗混疊低通濾波器，系統(tǒng) SNR 最高 109 dB（16 μA PD 電流）。
• 供電與封裝：接收端供電 1.7V-1.9V（LDO 旁路）/1.9V-3.6V（LDO 使能），發(fā)射端 3V-5.5V，IO 口 1.7V-RX_SUP；36 引腳 DSBGA 封裝（2.6mm×2.5mm），工作溫度 - 40°C-85°C。

關鍵功能設計

• 多信號同步采集：PPG 與 ECG 信號同步獲取，支持血壓估算、心率變異性（HRV）分析等復合傳感場景。
• 靈活接口與存儲：可選 SPI/I2C 通信接口，內(nèi)置 256 樣本深度 FIFO，支持外部時鐘或內(nèi)部振蕩器模式，適配系統(tǒng)主時鐘同步。
• 生物電與阻抗監(jiān)測：ECG 支持 2/3 電極配置，集成右腿驅(qū)動（RLD）緩沖；可連續(xù)低功耗監(jiān)測兩電極間阻抗，范圍達 7 MΩ，導聯(lián)脫落檢測電流 2.9 nA-92.5 nA。
• 低功耗優(yōu)化：LED 工作電流典型值 15 μA，接收器 20 μA，滿足可穿戴設備長時間續(xù)航需求。

典型應用場景

• 可穿戴設備：智能手表、手環(huán)等的心率監(jiān)測（HRM）、血氧飽和度（SpO?）測量，支持多波長 PPG 傳感。
• 健康監(jiān)測設備：同步 PPG/ECG 數(shù)據(jù)采集的血壓估算設備、心率變異性分析儀器，低功耗生物電傳感模塊。

設計與使用建議

• 電源與去耦：接收端、發(fā)射端與 IO 口需獨立供電，就近并聯(lián)低 ESR 陶瓷去耦電容，減少電源噪聲干擾。
• 布局注意：LED 與 PD 布線需縮短路徑，避免串擾；模擬信號與數(shù)字信號分區(qū)域布局，接地平面完整，提升抗干擾能力。
• 接口配置：根據(jù)系統(tǒng)需求選擇 SPI 或 I2C 接口，F(xiàn)IFO 配置可減少主機通信頻率，降低系統(tǒng)功耗。
• 傳感優(yōu)化：LED 電流與 PD 增益需根據(jù)傳感距離、環(huán)境光條件校準；ECG 電極需確保接觸良好，利用 RLD 功能提升共模抑制比。