AFE49I30 超低功耗集成 AFE技术手册

该AFE49I30是用于光学生物传感/PPG 和 ECG 测量应用的模拟前端。该器件支持多达六个开关发光二极管 （LED） 和多达四个光电二极管。最多可以定义 24 个信号相位，并且可以同步方式从每个相位获取 PPG 或 ECG 信号。
*附件：afe49i30.pdf

特性

• 支持多达 24 个相位的信号采集
• 每个 PPG 相位灵活分配 6 个 LED、4 个 PD
• 同步 PPG/ECG 信号采集，每个相位可配置为 PPG 或 ECG，并以不同的数据速率
• 同步 PPG/ECG 支持高达 1 kHz 的数据速率
• 仅心电图模式支持高达 4 kHz 的数据速率
• PPG信号链：
  • 系统信噪比高达 108 dB（16 μA PD 电流）
  • 低电流，可在可穿戴设备上连续运行，典型值：LED 为 15 μA，接收器为 20 μA
• PPG变送器：
  • 支持共阳极LED配置
  • 8 位可编程 LED 电流，范围范围为 25 mA 至 250 mA
  • 两个 LED 并联点亮的模式，具有独立的每相电流控制
  • 每相可编程 LED 导通时间
  • 同时支持 6 个 LED 用于 SpO 2 、HRM 或多波长 HRM
• PPG接收器：
  • 支持 4 个时间复用光电二极管输入
  • 2 个并行接收器，可同时对两个 PD 通道进行采样
  • 每个TIA输入端均有单独的环境失调减法DAC，每相控制为8位，范围可调至255 μA
  • 每个TIA输入端的单独LED失调减法DAC，具有5位每相控制和
    15.5μA范围
  • 接近 100 dB 的环境抑制，最高可达 10 Hz
  • 具有可编程带宽的噪声滤波
  • 跨阻增益：3.7 kΩ至1 MΩ
• 心电图信号链
  • 1导联心电图，带RLD输出，用于偏置
  • INA增益可在1.6 – 13范围内编程
  • 4 kHz采样率下<1 μVrms输入噪声（1-150 Hz带宽）
  • 集成 450 Hz 低通滤波器
  • 交流、直流引线关闭检测，电流为 3.125-100 nA 和可编程中断
• 支持外部时钟和内部振荡器模式
• 可选择采集与系统主时钟同步的数据
• 自动消除环境、LED 的直流
• 具有 128 个样本深度的 FIFO
• 我^2^C接口
• 2.6 mm × 2.1 mm DSBGA，0.4 mm 间距
• 电源：Rx：1.7 V-1.9 V（LDO旁路）;1.9 V-3.6 V（启用 LDO），Tx：3 V-5.5 V，IO：1.7-3.6 V
• 支持 2 个电源作 - 1.8 V、5 V

参数

方框图

AFE49I30 是德州仪器推出的超小尺寸集成模拟前端（AFE），核心优势为多传感器同步采集、低功耗设计及高集成度，专为可穿戴设备的光学生理监测（PPG）和心电监测（ECG）场景设计。

核心参数与特性

1. 多模式采集能力：支持 up to 24 个信号相位配置，可灵活分配 6 路 LED 驱动和 4 路光电二极管（PD）输入；每相位可独立配置为 PPG 或 ECG 模式，支持同步采集。
2. 数据速率：同步 PPG/ECG 模式最高 1 kHz 采样率，纯 ECG 模式最高 4 kHz 采样率，满足高精度生理信号监测需求。
3. PPG 性能：系统 SNR 最高 108 dB（16 μA PD 电流下）；LED 电流 8 位可编程（25 mA-250 mA），支持双 LED 并行驱动；环境光抑制能力近 100 dB（up to 10 Hz），跨阻增益可配置（3.7 kΩ-1 MΩ）。
4. ECG 性能：1 导联 ECG 设计，集成右腿驱动（RLD）偏置；仪表放大器（INA）增益可编程（1.6-13）；1-150 Hz 带宽内输入噪声 <1 µVrms，内置 450 Hz 低通滤波器。
5. 供电与封装：接收端（Rx）供电 1.7 V-1.9 V（LDO 旁路）或 1.9 V-3.6 V（LDO 使能），发射端（Tx）3 V-5.5 V，IO 口 1.7 V-3.6 V；采用 30 引脚 DSBGA 封装（2.6mm×2.1mm），0.4mm 引脚间距，超小占位。

核心功能模块

• 信号链：PPG 接收端含 2 个并行接收器，支持 4 路时分复用 PD 输入，每路 TIA 输入配备环境偏移减法 DAC（8 位，up to 255 μA）和 LED 偏移减法 DAC（5 位，15.5 μA 量程）；ECG 支持交 / 直流导联脱落检测（3.125-100 nA 电流，可编程中断）。
• 低功耗设计：LED 驱动典型电流 15 μA，接收端典型电流 20 μA，适配可穿戴设备长续航需求。
• 数据存储与接口：集成 128 样本深度 FIFO，减少主机中断频率；通过 I²C 接口通信，支持外部时钟或内部振荡器模式，可与系统主时钟同步。

应用场景

适用于可穿戴设备心电监测（ECG）、光学生心率监测（HRM）、心率变异性（HRV）分析、脉搏血氧饱和度（SpO₂）测量、基于脉搏传输时间（PTT）的血压监测及最大摄氧量（VO₂ Max）检测等场景。

设计要点

1. 电源配置：支持双电源供电（如 1.8 V 和 5 V），需为 Rx、Tx 及 IO 口配置独立电源路径，降低串扰。
2. 布局规范：由于封装尺寸小、引脚密度高，需严格控制电源去耦和接地，模拟信号与数字线路分开布线，避免噪声干扰生理信号采集。
3. 传感器适配：LED 需采用共阳极配置，PD 输入需匹配跨阻增益范围，确保信号完整性；ECG 电极需配合 RLD 功能优化偏置设计，提升共模抑制比。