小米Watch S2为何能把体脂秤干掉？原来有这颗IC！

12月11日晚，小米Watch S2正式发布，售价999元起。它有一大绝技：测量身体成分，可以取代普通的体脂秤了。原来，小米Watch S2内置生物电阻抗传感器，只要将手表正常佩戴到手腕上，另一只手将两根手指放在手表侧边，就能进行身体成分测量，八大身体数据实时查看，充分掌握自己的健康状况。

小米Watch S2为何能把体脂秤干掉？因为有芯海科技的一个关键IC ---一颗具有高分辨率、多档频率、多激励幅度、宽裕动态范围及接触阻抗可测量的BIA AFE新品：CS1253。

人体健康数据测量原理

在介绍CS1253之前，我们要知道人体健康数据是如何测量出来的？

随着物质生活的改善，人们愈发重视通过持续的体征监测来进行健康管理。但是，市场上用于人体成分检测的高性能设备（例如智能体脂秤、人体成分分析仪）通常体积、重量较大，不便于随身携带。

因此，在可穿戴领域推动生命体征监测的医疗变革成为趋势。目前，在智能手表、手环等智能穿戴产品中，BIA、PPG、ECG等健康测量技术不断迭代创新，可获得更加精准的人体健康数据。

可穿戴设备的人体阻抗测量可简化成节段模型。IFINGER、IWRIST为激励电流端，VFINGER、VWRIST为电压测量端（等效电路见下文图片）。穿戴设备产品（例如智能手表）形态一般是测量上肢阻抗。

穿戴设备BIA示意图

穿戴设备BIA电极示意图

人体皮肤主要有表皮、真皮和皮下组织组成。表皮的角质层相当于一层很薄的绝缘层，类似电容的中间介质，真皮和电极片类似电容器的两极板。

由于汗腺里有少量离子通过，所以可以把表皮模拟为漏电的电容器，类似电容Cs和电阻Rs’的并联。真皮和皮下组织可以近似为电阻Rs，因此实际的人体等效模型会更加复杂化。

接触阻抗等效电路

相较人体成分检测的其他设备，穿戴设备的特性给应用BIA技术带来更多挑战。

➢电极采用干电极，存在极化电压的问题。

➢电极接触面积小，存在接触阻抗大的问题，尤其是在低温、干燥环境下。

➢穿戴设备体积紧凑，因此要求BIA电路简单，且抗干扰能力强。

➢穿戴设备一般为消费电子产品，因此要求电路功耗低、成本可控。

芯海科技CS1253是一款支持可穿戴设备的生物阻抗测量的模拟前端（AFE）芯片，结合人体成分算法，可以实现高精度的人体成分分析。产品内部集成了生物阻抗测量电路（BIM）和高精度Sigma-delta ADC信号链。生物阻抗测量电路采用正弦激励源，将生物阻抗转化为电压信号送到ADC信号链进行测量，可以支持多频率生物阻抗测量。

CS1253是今年7月推出，它的精准度、集成度、低功耗、易用性等各方面指标均达到国际先进、国内领先水平，非常适合于智能穿戴应用场景。芯海科技同时提供从芯片到算法、SDK包的整体解决方案，能够帮助客户的智能可穿戴式测脂设备达到最佳性能和快速商用，使之成为人们最值得依赖的私人健康卫士。

据芯海科技黄工介绍：与同类竞品相比，CS1253有两个突出的特点：

1. 增加FIFO，支持硬件自动时序控制，可以减小主控唤醒次数和时长，同时手表不像体脂秤，他要处理的任务和数据比较多，所以增加FIFO可以防止漏掉数据

2. 优化外围电路，减少了3个电阻和3个电容，同时当与ECG芯片共用ECG电极时，不用增加额外的模拟开关来切换电极通路

CS1253特性及功能简介

CS1253产品框图

据悉，CS1253包括一个ADC信号链和人体阻抗测量模块（BIM）。其中，ADC信号链包括有输入MUXP/MUXN，可编程低噪声增益放大器（PGA）及一个Sigma-Delta ADC及数字滤波器Digital Filter。MUXP/MUXN具有3个内部输入通道，PGA和ADC具备多种增益选择，可支持多电极、多频率、多幅度的人体阻抗测量。

实现灵活BIA测量。支持4电极测量、支持5K/10K/25K/50K/100K/250K/500KHz多档频率可选、支持5种幅度测量、支持阻抗绝对值和相角测量、支持接触阻抗测量、自动循环测量、手动测量和自动测量单指令切换。

配备高性能ADC。具有24bit高分辨率，输出速率8档可选，最高可达1280HZ、128倍增益下可达19.5bits高有效位、失调误差±100uV、增益误差-1%、PSRR达到95dB，100dB的CMRR，优良的ADC性能可帮助终端产品实现精准测量。

配备高性能BIM模块。在人体阻抗范围200欧~2K欧下的非线性误差仅为0.5%，非平衡接触阻抗下的阻抗接触误差可做到1%。

自研接触阻抗测量算法。可通过芯片内部电路配置，在测量人体阻抗时，同步量化电极和人体的接触阻抗。通过接触阻抗的量化，对测量阻抗进行精准的判断，补偿，从而增加测量准确性，提高用户体验。

集成自动测量时序引擎。内部集成一个测量时序引擎，可以按照用户的配置自动切换测量通道及测量频率，进行循环测量。极大减小了主控的参与时间。将不同方式测量时间缩短，减少由于人体本身原因造成的测量误差。

丰富的对外接口。CS1253支持SPI和IIC接口，其中IIC支持标准、快速及快速+全模式，SPI最大可支持4Mhz，IO管脚电压支持1.8V~3.3V，全方位助力智能穿戴式产品。

CS1253的精简外部电路

除此之外，CS1253仅需8颗电容+3颗电阻的精简外部电路，能够有效节省布板空间，可以帮助客户构建有竞争力的成本优势，释放更具个性和创意的终端产品外观设计，带给消费者更多惊喜。

近日，在第十七届“中国芯”集成电路产业促进大会上，CS1253在全国227家优秀企业的334款参赛产品中脱颖而出，荣登“中国芯”优秀技术创新产品榜单。

自2009年以来，芯海科技健康测量芯片及解决方案广泛应用于小米、海尔、联想、乐心、香山、荣耀等众多知名品牌厂商的终端产品当中，健康测量产品市占率长期以来在业界内独占鳌头，是国内率先推出八电极人体分析仪核心芯片及解决方案提供商。(完)

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