該AFE44I30是用于光學(xué)生物傳感應(yīng)用的模擬前端，例如心率監(jiān)測 （HRM） 和外周毛細(xì)血管氧飽和度 （SpO 2 ).該器件支持多達(dá)六個(gè)開關(guān)發(fā)光二極管 （LED） 和多達(dá)四個(gè)光電二極管。最多可以定義 24 個(gè)信號(hào)相位，并且可以同步方式從每個(gè)相位獲取信號(hào)。來自光電二極管的電流通過跨阻放大器 （TIA） 轉(zhuǎn)換為電壓，并使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 進(jìn)行數(shù)字化處理。ADC代碼可以存儲(chǔ)在128個(gè)樣本的先進(jìn)先出（FIFO）模塊中。FIFO 可以使用 I 讀出^2^C 接口。AFE 還具有具有 8 位電流控制的完全集成的 LED 驅(qū)動(dòng)器。該器件具有高動(dòng)態(tài)范圍的發(fā)射和接收電路，有助于檢測非常小的信號(hào)電平。
*附件：afe44i30.pdf

特性

• 支持多達(dá) 24 個(gè)相位的信號(hào)采集
• 靈活分配 6 個(gè) LED，每相 4 個(gè) PD
• 以不同的數(shù)據(jù)速率同時(shí)從不同傳感器采集信號(hào)
• 準(zhǔn)確、連續(xù)的心率監(jiān)測：
  • 系統(tǒng)信噪比高達(dá) 108 dB（16 μA PD 電流）
  • 低電流，可在可穿戴設(shè)備上連續(xù)運(yùn)行，典型值：LED 為 15 μA，接收器為 20 μA
• 發(fā)射機(jī)：
  • 支持共陽極LED配置
  • 8 位可編程 LED 電流，范圍范圍為 25 mA 至 250 mA
  • 兩個(gè) LED 并聯(lián)點(diǎn)亮的模式，具有獨(dú)立的每相電流控制
  • 每相可編程 LED 導(dǎo)通時(shí)間
  • 同時(shí)支持 6 個(gè) LED 用于 SpO 2 、HRM 或多波長 HRM
• 接收器：
  • 支持 4 個(gè)時(shí)間復(fù)用光電二極管輸入
  • 2 個(gè)并行接收器（兩組 TIA/濾波器）
  • 每個(gè)TIA輸入端均有單獨(dú)的環(huán)境失調(diào)減法DAC，每相控制為8位，范圍可調(diào)至255 μA
  • 每個(gè)TIA輸入端的單獨(dú)LED失調(diào)減法DAC，具有5位每相控制和15.5μA范圍
  • 接近 100 dB 的環(huán)境抑制，最高可達(dá) 10 Hz
  • 具有可編程帶寬的噪聲濾波
  • 跨阻增益：3.7 kΩ至1 MΩ
• 支持外部時(shí)鐘和內(nèi)部振蕩器模式
• 可選擇采集與系統(tǒng)主時(shí)鐘同步的數(shù)據(jù)
• 自動(dòng)消除環(huán)境、LED 的直流
• 具有 128 個(gè)樣本深度的 FIFO
• 我^2^C接口
• 2.6 mm × 2.1 mm DSBGA，0.4 mm 間距
• 電源：Rx：1.7 V-1.9 V（LDO旁路）;1.9 V-3.6 V（啟用 LDO），Tx：3 V-5.5 V，IO：1.7-3.6 V

參數(shù)

方框圖

AFE44I30 是德州儀器推出的超小型集成模擬前端（AFE），核心優(yōu)勢為低功耗、多傳感器適配、高環(huán)境抗干擾能力，專為可穿戴設(shè)備的光學(xué)心率監(jiān)測（HRM）、血氧飽和度（SpO?）測量等生物傳感場景設(shè)計(jì)。

核心參數(shù)與特性

1. 傳感器適配能力：支持最多 6 路 LED 發(fā)射和 4 路光電二極管（PD）接收，可定義 24 個(gè)信號(hào)相位；每相位可靈活分配 LED/PD 資源，支持雙 LED 并行驅(qū)動(dòng)且獨(dú)立控流，適配多波長生物傳感需求。
2. 發(fā)射與接收性能：LED 電流 8 位可編程（25 mA-250 mA），支持共陽極配置；接收端含 2 組并行跨阻放大器（TIA）和濾波器，跨阻增益 3.7 kΩ-1 MΩ，系統(tǒng)信噪比（SNR）最高 108 dB（16 μA PD 電流）。
3. 抗干擾與校準(zhǔn)：內(nèi)置環(huán)境光和 LED 偏移補(bǔ)償 DAC（分別為 8 位、5 位精度），10 Hz 以下環(huán)境光抑制比接近 100 dB；支持可編程帶寬噪聲濾波，自動(dòng)抵消直流干擾。
4. 功耗與封裝：低功耗設(shè)計(jì)，LED 典型電流 15 μA，接收端 20 μA，適配穿戴設(shè)備續(xù)航需求；采用 30 引腳 DSBGA 封裝（2.6mm×2.1mm），0.4mm 引腳間距，尺寸緊湊。
5. 數(shù)據(jù)處理與接口：集成 128 樣本深度 FIFO 緩存，支持不同傳感器異步采樣；配備 I2C 通信接口，支持內(nèi)部振蕩器或外部時(shí)鐘模式，可同步系統(tǒng)主時(shí)鐘。

核心功能模塊

• LED 驅(qū)動(dòng)模塊：可編程電流源支持單 / 雙 LED 驅(qū)動(dòng)，每相位 LED 導(dǎo)通時(shí)間可配置，適配 SpO?、HRM 等不同傳感場景的光強(qiáng)與時(shí)序需求。
• 接收調(diào)理模塊：PD 信號(hào)經(jīng) TIA 轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過濾波器降噪后由 ADC 數(shù)字化；偏移補(bǔ)償 DAC 實(shí)時(shí)抵消環(huán)境光和 LED 直流干擾，提升弱信號(hào)檢測能力。
• 數(shù)據(jù)緩存與傳輸：FIFO 緩存可暫存采樣數(shù)據(jù)，減少 I2C 通信頻次以降低功耗；支持不同傳感器按各自速率采樣，適配多模態(tài)生物傳感系統(tǒng)。
• 時(shí)鐘與控制：內(nèi)置振蕩器簡化外圍電路，也可接入外部時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)同步；通過寄存器配置相位、電流、帶寬等參數(shù)，靈活適配不同應(yīng)用場景。

應(yīng)用場景

適用于可穿戴設(shè)備（如智能手表、手環(huán)）、可聽設(shè)備的光學(xué)心率監(jiān)測（HRM）、心率變異性（HRV）分析、血氧飽和度（SpO?）測量，也可用于多波長生物傳感相關(guān)的健康監(jiān)測產(chǎn)品。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 接口配置：I2C 接口需匹配 1.7 V-3.6 V IO 供電，通信速率需平衡數(shù)據(jù)傳輸需求與功耗；LED 供電需滿足 3 V-5.5 V 范圍，注意電源紋波抑制。
2. 光學(xué)設(shè)計(jì)：LED 與 PD 布局需優(yōu)化光路，減少環(huán)境光干擾；根據(jù)傳感距離和穿透需求，配置合適的 LED 電流和 TIA 增益，避免信號(hào)飽和或噪聲過大。
3. 電源與功耗：接收端（Rx）支持 LDO 旁路（1.7 V-1.9 V）或啟用（1.9 V-3.6 V）模式，需根據(jù)系統(tǒng)功耗預(yù)算選擇；盡量利用 FIFO 緩存減少 I2C 喚醒頻次，進(jìn)一步降低功耗。
4. 布局規(guī)范：DSBGA 封裝引腳密集，需嚴(yán)格區(qū)分模擬信號(hào)（LED/PD 接口）與數(shù)字信號(hào)（I2C）布線；電源引腳就近放置去耦電容，減少寄生參數(shù)對(duì)弱信號(hào)檢測的影響。