Texas Instruments AFE4432模擬前端 (AFE) 用于光學(xué)生物傳感應(yīng)用，例如心率監(jiān)測 (HRM) 和血氧飽和度 (SpO 2 ) 測量。該器件支持多達(dá)四個(gè)開關(guān)可發(fā)光二極管 (LED) 和多達(dá)三個(gè)光電二極管。該AFE具有兩個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器均具有8位電流控制功能。Texas Instruments AFE4432具有寬動(dòng)態(tài)范圍的發(fā)射和接收電路，有助于感測超小信號(hào)電平。最多可定義12個(gè)信號(hào)相位集，每個(gè)相位集由LED和環(huán)境相位組合組成。接收器輸入端的低噪聲失調(diào)DAC可自動(dòng)控制，從而消除環(huán)境光和LED光產(chǎn)生的直流。在各相位中，PD所產(chǎn)生的電流先經(jīng)TIA轉(zhuǎn)換為電壓，再濾波，然后使用通用ADC進(jìn)行數(shù)字化。ADC編碼可存儲(chǔ)到160采樣先入先出 (FIFO) 存儲(chǔ)塊。FIFO可通過SPI或I^2^C接口讀出。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：Texas Instruments AFE4432集成模擬前端 (AFE)數(shù)據(jù)手冊.pdf

特性

• 支持多達(dá)12個(gè)相位集的信號(hào)采集
• 支持多達(dá)4個(gè)LED和3個(gè)PD
• 在每個(gè)相位內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)靈活的LED和PD分配
• 以不同數(shù)據(jù)速率同時(shí)從不同傳感器采集信號(hào)
• 精確、連續(xù)的PPG監(jiān)測
  • 可穿戴設(shè)備連續(xù)監(jiān)測心率的低電流，其典型值為：15μA（接收器）
  • 0.5-10Hz頻段下的峰值系統(tǒng)SNR為115dB ，可實(shí)現(xiàn)高精度SpO2測量
• 發(fā)射器
  • 8位可編程LED電流，在25mA至250mA范圍內(nèi)可調(diào)
  • 為兩個(gè)并聯(lián)LED供電的模式，獨(dú)立的每相電流控制
  • 可編程的每相LED導(dǎo)通時(shí)間
  • 同時(shí)支持4個(gè)LED，用于SpO 2 、多波長HRM
• 接收器
  • 支持3個(gè)時(shí)間多路復(fù)用PD輸入
  • 兩個(gè)并行接收器（兩組TIA/濾波器）
  • 每個(gè)TIA輸入處獨(dú)立環(huán)境偏移減法DAC，具有8位每相控制，范圍可調(diào)至255μA
  • 每個(gè)TIA輸入端具有單獨(dú)的LED失調(diào)電壓消減DAC，各相控制均為9位，范圍為64μA
  • ADC輸出端的數(shù)字環(huán)境消減
  • 具有可編程帶寬的噪聲過濾功能
  • 跨阻抗增益：3.7KΩ至1MΩ
• 支持外部時(shí)鐘或內(nèi)部振蕩器
• 可選擇以與系統(tǒng)時(shí)鐘同步的方式獲取數(shù)據(jù)
• 從環(huán)境、LED自動(dòng)取消直流
• FIFO，160采樣深度
• SPI?接口/I^2^C接口
• 1.9mm × 1.8mm DSBGA，0.35mm腳距
• 電源
  • Rx：1.7V至1.9V
  • Tx：3V至5.5V

框圖

基于AFE4432的光學(xué)生物傳感技術(shù)解析與應(yīng)用?

?引言?
德州儀器（TI）的AFE4432是一款專為光學(xué)生物傳感設(shè)計(jì)的超小型集成模擬前端（AFE），適用于穿戴式設(shè)備和健康監(jiān)測領(lǐng)域。其高集成度與低功耗特性，使其成為心率監(jiān)測（HRM）和血氧飽和度（SpO2）測量的理想解決方案。本文將從技術(shù)特性、工作原理及應(yīng)用場景三方面展開分析。

?一、核心特性與性能優(yōu)勢?

1. ?多通道靈活配置?
   • 支持?4路LED驅(qū)動(dòng)?和?3路光電二極管（PD）輸入?，可靈活分配各相位組的LED與PD組合。
   • 12組相位設(shè)定能力，滿足多波長HRM和SpO2測量的動(dòng)態(tài)需求。
2. ?高精度信號(hào)處理?
   • ?超低功耗接收器?：典型值12μA，適合穿戴設(shè)備持續(xù)心率監(jiān)測。
   • ? 115dB系統(tǒng)信噪比（SNR） ?（0.5-10Hz頻段），保障SpO2測量的高準(zhǔn)確性。
   • 可編程LED驅(qū)動(dòng)電流（25mA~250mA）及獨(dú)立相位控制，適配不同傳感器需求。
3. ?集成化設(shè)計(jì)?
   • 內(nèi)置?160樣本深度的FIFO?，支持SPI/I2C接口數(shù)據(jù)讀取。
   • 1.9mm×1.8mm DSBGA封裝，極小尺寸適合空間受限場景。

?二、工作原理詳解?

AFE4432通過以下流程實(shí)現(xiàn)生物信號(hào)采集：

1. ?發(fā)射端?：
   • 可編程LED驅(qū)動(dòng)電流激發(fā)不同波長的光源（如紅光/紅外光）。
   • 支持多LED并行工作，通過時(shí)序控制消除環(huán)境光干擾。
2. ?接收端?：
   • PD接收反射光信號(hào)，經(jīng)跨阻放大器（TIA）轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。
   • 內(nèi)置?環(huán)境光抵消DAC?（8位控制）和?LED偏移補(bǔ)償DAC?（9位控制），有效消除直流分量。
   • 數(shù)字濾波后通過24位ADC量化，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至FIFO供外部MCU處理。
3. ?時(shí)序同步?：
   • 支持外部時(shí)鐘或內(nèi)部振蕩器（4MHz/256kHz），確保多傳感器數(shù)據(jù)同步采集。

?三、典型應(yīng)用場景?

1. ?穿戴式健康設(shè)備?
   • 連續(xù)心率監(jiān)測（HRM）與心率變異性（HRV）分析。
   • 血氧飽和度（SpO2）檢測，適用于運(yùn)動(dòng)健康與醫(yī)療級(jí)設(shè)備。
2. ?多波長生物傳感?
   • 通過多LED組合（如綠光/紅光/紅外光）實(shí)現(xiàn)組織成分分析。
3. ?低功耗設(shè)計(jì)?
   • 接收器1.7-1.9V供電，發(fā)射器3-5.5V寬電壓范圍，適配電池供電場景。