意法半导体生物感测创新技术赋能下一代智能穿戴个人医疗健身设备

高集成度生物传感器芯片整合心电监测和神经感测信号输入通道与运动跟踪和嵌入式AI核心

新产品在11月12日至15日慕尼黑举行的慕尼黑电子展2024上展出

2024年11月6日，中国 – 服务多重电子应用领域、全球排名前列的半导体公司意法半导体(STMicroelectronics，简称ST；) 推出了一款新的面向智能手表、运动手环、智能戒指、智能眼镜等下一代智能穿戴医疗设备的生物传感器芯片。ST1VAFE3BX芯片集成高精度生物电位输入与意法半导体的经过市场检验的惯性传感器和AI核心。其中，AI核心在芯片上执行活动检测，确保运动跟踪更快，功耗更低。

意法半导体APMS产品部副总裁、MEMS子产品部总经理Simone Ferri表示：“智能穿戴电子设备是提高个人健康意识和引爆健身热潮的关键使能技术。今天，每个人都可以在手表上监测心率、跟踪身体运动和地理位置。我们最新的生物传感器芯片可以提升穿戴设备的产品力，具有运动和生物信号检测功能，外观小巧纤薄，功耗预算不高。”

市调机构Yole Development的分析师认为，可穿戴监视器的市场增长有机会超越整个健康市场，包括经健康组织批准的可在柜台销售的消费类医疗设备。通过在芯片上创建一个完整的精准的传感器输入，意法半导体的芯片设计专家正在促进所有领域的创新，提供心率变异性、认知功能和精神状态等先进监测功能。

ST1VAFE3BX为可穿戴应用带来了从手腕扩展到身体其他位置的机会，例如，用于改善生活方式或医疗监测目的的智能贴片。意法半导体的客户BM创新公司（BMI）和Pison处于该领域创新的最前沿，他们已经将这款传感器用在了新产品的开发。

在无线传感器领域，BMI是一家经验丰富的电子设计合约公司，拥有广泛的项目组合，包括几个市场领先的心率监测和运动员训练情况监测系统。BMI总经理Richard Mayerhofer表示：“借助意法半导体新推出的生物传感器，我们能够开发下一代精确的运动员训练成绩监测系统，包括胸带式或小贴片式心电图分析仪。在一个紧凑的封装内整合vAFE的模拟信号与加速度传感器的运动数据，有助于我们结合情境感知信息进行精确的数据分析。直接在传感器上支持人工智能算法，正是我们一直在寻找的解决方案。”

Pison是一家专注于提高健康和人类潜力的先进技术开发公司，首席技术官David Cipoletta补充道： “意法半导体的新生物传感器是智能手表手势识别以及认知性能和神经健康监测的绝佳解决方案。利用这一技术进步，我们显著增强了智能穿戴设备的功能和用户体验。”

ST1VAFE3BX现已投产，采用2mm x 2mm 12引脚LGA封装，可从意法半导体官网eSTore（申请免费样品）和分销商处购买。

在11月12日至15日慕尼黑举行的大型行业展会慕尼黑电子展2024上，参观者可以在C3 101展厅意法半导体展台的传感技术演示中看到ST1VAFE3BX。

技术详情

生物电位传感器的模拟前端电路的设计难度很大，并受到检测前皮肤准备情况、传感器电极在身体上的安装位置等不可预测因素的影响。ST1VAFE3BX提供了一个功能完整的垂直模拟前端（vAFE），可以简化对指示身体或情绪状态的不同类型生命体征的检测。

因此，健康产品和医疗设备厂商可以扩大产品种类，在产品中增加心电图（ECG）、脑电图（EEG）、地震心电图（SCG）、神经电图（ENG）等监测功能，引爆价格合理、简单好用、可靠地指示健康状态或对压力或兴奋等事件的生理反应的新设备市场。未来可能出现更多的有助于增强医疗和健身功能和提高自我意识的穿戴设备。

除了在芯片上集成这个精准的模拟前端外，ST1VAFE3BX还利用意法半导体的MEMS微机电系统技术能力，在芯片上集成一个惯性传感器加速度计。这个加速度计提供有关佩戴者运动的信息，与生物电位传感信号同步传说数据，帮助应用推断实际测量信号与身体活动之间的联系。

ST1VAFE3BX还集成了意法半导体的机器学习内核（MLC）和有限状态机（FSM），让产品设计人员能够在芯片上实现简单的神经处理决策树。这些人工智能算法让传感器能够自主处理活动检测等功能，减轻主CPU的运算负荷，加快系统响应速度，最大限度地降低功耗。这样，意法半导体的传感器能够让智能设备提供更复杂的功能，并具有更长的续航时间，从而提高了设备的实用性。意法半导体还提供软件工具，例如，ST Edge AI Suite中的MEMS Studio，帮助设计人员释放ST1VAFE3BX的最大性能，还提供MLC决策树配置工具。

ST1VAFE3BX的生物检测信号通道包括具增益可设置的和12位ADC分辨率的vAFE前端。3200Hz的最大输出数据速率适用于各种生物电位测量，以量化心脏、大脑和肌肉活动。

该产品的电源电压范围是1.62V至3.6V，典型工作电流仅为50µA，在节能模式下可降至2.2µA。

片上集成的低噪声加速度计具有±2g至±16g的可设置量程。除了可以提供活动检测等功能的机器学习核心和可编程有限状态机外，ST1VAFE3BX还内置高级计步器、可做走路步数计数功能。