AFE4410是用于光學生物傳感應用的模擬前端，例如心率監(jiān)測（HRM）。該器件最多支持四個開關發(fā)光二極管（LED）和最多三個光電二極管（PD）。來自光電二極管的電流由跨阻放大器（TIA）轉(zhuǎn)換為電壓，并使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）進行數(shù)字化處理。ADC代碼存儲在具有可編程深度的128個樣本先進先出模塊（FIFO）中。FIFO可以使用任一 I 讀出^2^C 接口或串行外設接口 （SPI）。AFE 還具有具有 8 位電流控制的完全集成 LED 驅(qū)動器。該器件具有高動態(tài)范圍發(fā)射和接收電路，可提供高達 100 dB 的動態(tài)范圍，可實現(xiàn)精確的心率感應。AFE 通過使用 ENABLE_ULP 寄存器位設置的超低功耗 （ULP） 模式來實現(xiàn)極低的電流水平。
*附件：afe4410.pdf

特性

• 準確、連續(xù)的心率監(jiān)測：
  • 高達 100 dB 的動態(tài)范圍，可實現(xiàn)準確的心率檢測
  • 在可穿戴設備上連續(xù)運行的低電流，典型值：
    • LED 為 30 μA，接收器為 25 μA
• 發(fā)射機：
  • 4 個常見陽極配置的 LED
  • 8位可編程LED電流，電流至200 mA
  • 并聯(lián)點亮兩個 LED 的模式
  • 可編程 LED 導通時間
  • 同時支持 3 個 LED 以優(yōu)化 SpO 2 、HRM 或多波長 HRM
  • 平均電流為 30 μA，足以滿足典型的心率監(jiān)測場景：
    • 20 mA 設置、60 μs 脈沖持續(xù)時間、
      25 Hz 采樣率
• 接收器：
  • 支持3個時間復用PD輸入
  • 以二進制補碼格式表示來自PD的電流輸入的24位表示
  • 每個 LED 的 TIA 輸入端的單個直流失調(diào)減法 DAC
    （高達 ±127μA 范圍），環(huán)境溫度
  • ADC輸出端的數(shù)字環(huán)境減法
  • 跨阻增益：10 kΩ至2 MΩ
  • 具有可編程帶寬的噪聲濾波
  • 接收器以大約 1 μA/Hz 的采樣率工作（例如，25 Hz 時為 25 μA）
  • 硬件掉電模式：電流約為0μA
• 靈活的脈沖排序和定時控制
• 通過外部時鐘或內(nèi)部振蕩器進行時鐘
• 具有 128 個樣本深度的 FIFO：
  • 跨相位的可編程分區(qū)
• 引腳可選 I^2^C、SPI接口
• 工作溫度范圍：–20°C 至 +70°C
• 2.6mm × 2.1mm、0.4mm 間距 DSBGA 封裝
• 用品：
  • 發(fā)射：3 V 至 5.25 V
  • 接收：1.8 V至1.9 V（LDO旁路），
    2.0 V至3.6 V（LDO使能）
  • IO：1.7 V 至 Rx_SUP

參數(shù)

方框圖

AFE4410 是德州儀器推出的超小型集成模擬前端（AFE），專為可穿戴設備的連續(xù)光學生物傳感設計，集成 LED 驅(qū)動、光電檢測、信號轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)存儲功能，適配心率監(jiān)測、血氧測量等低功耗場景。

一、核心基礎信息

（一）核心定位與關鍵參數(shù)

• 功能定位：支持光學心率監(jiān)測（HRM）、血氧飽和度（SpO?）、心率變異性（HRV）等生物傳感應用，動態(tài)范圍達 100 dB，保障檢測準確性。
• 功耗表現(xiàn)：超低功耗設計，典型工作電流僅 30 μA（LED 驅(qū)動）+25 μA（接收端），硬件掉電模式電流接近 0 μA，適配可穿戴設備續(xù)航需求。
• 工作環(huán)境：工作溫度范圍 -20°C 至 70°C，滿足日常穿戴場景的環(huán)境適應性要求。

（二）封裝與引腳

• 封裝類型：30 引腳 DSBGA 封裝，尺寸僅 2.60 mm×2.10 mm，0.4 mm 引腳間距，高度最大 0.5 mm，適合空間受限的可穿戴設備。
• 訂購型號：核心型號包括 AFE4410YZR（卷帶 3000 片）、AFE4410YZT（卷帶 250 片），引腳鍍層為 SNAGCU，符合 RoHS 標準，MSL 等級 1（260°C 峰值回流）。

二、核心特性與功能模塊

（一）LED 驅(qū)動與控制

• 驅(qū)動能力：支持最多 4 路共陽極 LED，8 位可編程電流控制，最大輸出電流 200 mA，支持兩路 LED 并聯(lián)觸發(fā)模式。
• 時序靈活：可編程 LED 點亮時間，支持 3 路 LED 同時工作，適配多波長心率監(jiān)測或 SpO? 優(yōu)化測量場景。

（二）光電檢測與信號處理

• 接收端配置：支持 3 路時分復用光電二極管（PD）輸入，跨阻放大器（TIA）增益可編程（10 kΩ 至 2 MΩ），適配不同光強檢測需求。
• 信號優(yōu)化：內(nèi)置每路 LED 對應的直流偏移減法 DAC（±127 μA 范圍），ADC 輸出端支持數(shù)字環(huán)境光減法，配合可編程帶寬噪聲濾波，提升信號信噪比。
• 模數(shù)轉(zhuǎn)換：PD 輸入電流以 24 位二進制補碼格式數(shù)字化，確保信號檢測精度。

（三）數(shù)據(jù)存儲與接口

• 數(shù)據(jù)緩存：集成 128 樣本深度的 FIFO 緩沖區(qū)，支持可編程分區(qū)，可暫存檢測數(shù)據(jù)，減輕主機實時讀取壓力。
• 通信接口：引腳可選擇 I2C 或 SPI 接口讀取數(shù)據(jù)，適配不同主機的通信協(xié)議需求。

（四）供電與時鐘

• 供電范圍：LED 驅(qū)動（Tx）供電 3 V 至 5.25 V，接收端（Rx）供電 1.8 V 至 1.9 V（LDO 旁路）或 2.0 V 至 3.6 V（LDO 使能），IO 供電 1.7 V 至 Rx_SUP。
• 時鐘配置：支持外部時鐘或內(nèi)部振蕩器提供時鐘信號，適配系統(tǒng)時鐘靈活設計。

三、應用場景與設計要點

（一）典型應用

• 可穿戴設備：智能手表、手環(huán)的心率監(jiān)測功能；
• 音頻穿戴設備：耳機的生物傳感模塊；
• 健康監(jiān)測設備：便攜式血氧儀、最大攝氧量（VO? Max）檢測設備。

（二）設計關鍵要點

• 布局要求：采用非阻焊定義（NSMD）焊盤設計，激光切割梯形孔鋼網(wǎng)優(yōu)化焊膏釋放，確保微小封裝的焊接可靠性；
• 電源配置：需嚴格區(qū)分 Tx、Rx 及 IO 供電域，避免電源噪聲耦合影響信號檢測精度；
• 接口選擇：根據(jù)主機資源靈活選擇 I2C 或 SPI 接口，F(xiàn)IFO 深度可按需編程，平衡數(shù)據(jù)傳輸效率與系統(tǒng)功耗。

四、核心優(yōu)勢

• 高度集成：整合 LED 驅(qū)動、信號放大、ADC 轉(zhuǎn)換、FIFO 存儲，減少外部元器件數(shù)量，縮小整體方案體積；
• 低功耗適配：針對性優(yōu)化的電流控制策略，配合可編程時序，最大化可穿戴設備續(xù)航；
• 靈活適配：多 LED/PD 支持、可編程增益與時序，兼容不同生物傳感算法與硬件配置需求。