11月17日，由工(gōng)業和(hé)信息化部、安徽省人民政府共同舉辦的“2022世界集成電路大(dà)會(huì)”在安徽省合肥市隆重開(kāi)幕，吸引全球業界矚目。安徽省委書記鄭栅潔、省長王清憲、省政協主席唐良智、工(gōng)業和(hé)信息化部副部長王江平、常務副省長劉惠、合肥市委書記虞愛華等國家部省領導出席活動，衆多國内外(wài)著名專家學者、跨國企業及知(zhī)名高(gāo)校彙聚一堂。
2022世界集成電路大(dà)會(huì)現(xiàn)場
大(dà)會(huì)以“合作(zuò)才能(néng)共赢”爲主題，主要内容包括開(kāi)幕式暨開(kāi)幕論壇、4場高(gāo)峰論壇、10場主題論壇等豐富活動。
安徽省委副書記、省長王清憲緻辭
國家工(gōng)業和(hé)信息化部黨組成員、副部長王江平緻辭
安徽省人民政府副省長何樹山介紹出席嘉賓
其中，第十七屆“中國芯”集成電路産業促進大(dà)會(huì)作(zuò)爲本屆大(dà)會(huì)的重磅細分活動之一，于當日下(xià)午揭曉本屆“中國芯”優秀産品獲獎榜單。芯海科技（股票代碼：688595）基于人體成分測量的高(gāo)精度生物傳感AFE芯片 CS1253，在全國227家優秀企業的334款參賽産品中脫穎而出，榮登“中國芯”優秀技術創新産品榜單。
CS1253榮獲第十七屆“中國芯”優秀技術創新産品
“中國芯”評選是由國家工(gōng)信部指導、中國電子信息産業發展研究院舉辦的行業權威活動，自(zì)2006年成立以來(lái)，指引及見證了(le)中國集成電路産業的快(kuài)速發展。此次芯海科技CS1253榮獲“中國芯”，是公司自(zì)2007年以來(lái)累計(jì)第七次、從(cóng)2019年連續三屆榮膺“中國芯”。
2022（第十七屆）中國芯集成電路産業促進大(dà)會(huì)現(xiàn)場
在本屆大(dà)會(huì)上(shàng)，芯海科技除了(le)蟬聯“中國芯”之外(wài)，還将會(huì)參加11月18日“2022中國半導體市場年會(huì)”，并作(zuò)相關專題報(bào)告，屆時(shí)将另文(wén)詳叙。
後文(wén)将爲您詳細介紹CS1253的技術特征和(hé)産品亮(liàng)點，字數約計(jì)2000字，閱讀約需4分鐘(zhōng)。
01人體成分構成測量方法
爲什(shén)麽需要關注人體成分呢(ne)? 我們知(zhī)道(dào)，通常減肥的人會(huì)認爲減體重就是減肥。其實這(zhè)是個誤區(qū)，因爲一樣的體重，卻有不一樣的脂肪含量，其體型區(qū)别很(hěn)大(dà)。同時(shí)，人體成分還與身體健康息息相關（例如一些(xiē)慢性病），因此越來(lái)越多人會(huì)通過持續監測人體成分的變化來(lái)指導飲食、運動管理(lǐ)，保持身體的健康狀态。
人體由水(shuǐ)分、蛋白(bái)質、脂肪和(hé)無機鹽組成，其中約70%是水(shuǐ)分，阻抗較小(xiǎo)，主要存在于血液、肌肉等。脂肪導電性差，呈現(xiàn)爲高(gāo)阻抗，單位體積中脂肪含量越高(gāo)阻抗越大(dà)。因此，人體成分分析可根據人體阻抗的大(dà)小(xiǎo)，測量和(hé)推斷人體脂肪和(hé)水(shuǐ)分的含量。
人體成分的主要構成圖
人體成分分析有MRI (核磁共振成像）測量、DEXA (雙能(néng)X線吸收測量)、水(shuǐ)中密度測量、BIA (生物電阻抗測量）等多種方法。綜合比較起來(lái)，生物電阻抗法是在成本，易用(yòng)性以及準确度方面綜合表現(xiàn)比較均衡的方法。
人體成分測量方法對(duì)比表
02生物電阻抗法（BIA）測量原理(lǐ)
生物電阻抗法（Bioelectric Impedance Analysis）是一種通過電學方法測量人體成分的技術。将微弱的交流電流信号輸入人體時(shí)，電流會(huì)随着電阻小(xiǎo)、傳導性能(néng)較好(hǎo)的體液流轉。水(shuǐ)分的多少決定着電流通過的通路的寬窄，這(zhè)個可用(yòng)阻抗值表示。通過檢測電壓可以獲得生物阻抗值：
生物阻抗可以使用(yòng)複阻抗Z=R+jXc表示，其中電阻R爲實部，電抗Xc爲虛部。複阻抗取模可得：
BIA設備借助置于體表的電極系統向檢測對(duì)象輸入微小(xiǎo)的交流測量電流，準确測量生物電阻抗Z後，代入到(dào)獲得科學驗證的算(suàn)法中，計(jì)算(suàn)出主要人體成分結果。
BIA測量示意圖
03穿戴設備應用(yòng)BIA的技術難點
随着物質生活的改善，人們愈發重視(shì)通過持續的體征監測來(lái)進行健康管理(lǐ)。但(dàn)是，市場上(shàng)用(yòng)于人體成分檢測的高(gāo)性能(néng)設備（例如智能(néng)體脂秤、人體成分分析儀）通常體積、重量較大(dà)，不便于随身攜帶。
因此，在可穿戴領域推動生命體征監測的醫(yī)療變革成爲趨勢。目前，在智能(néng)手表、手環等智能(néng)穿戴産品中，BIA、PPG、ECG等健康測量技術不斷叠代創新，可獲得更加精準的人體健康數據。
可穿戴設備的人體阻抗測量可簡化成節段模型。IFINGER、IWRIST爲激勵電流端，VFINGER、VWRIST爲電壓測量端（等效電路見 下(xià)文(wén)圖片）。穿戴設備産品（例如智能(néng)手表）形态一般是測量上(shàng)肢阻抗。
穿戴設備BIA示意圖
穿戴設備BIA電極示意圖
人體皮膚主要有表皮、真皮和(hé)皮下(xià)組織組成。表皮的角質層相當于一層很(hěn)薄的絕緣層，類似電容的中間介質，真皮和(hé)電極片類似電容器的兩極闆。
由于汗腺裏有少量離子通過，所以可以把表皮模拟爲漏電的電容器，類似電容Cs和(hé)電阻Rs’的并聯。真皮和(hé)皮下(xià)組織可以近似爲電阻Rs，因此實際的人體等效模型會(huì)更加複雜(zá)化。
接觸阻抗等效電路
相較人體成分檢測的其他(tā)設備，穿戴設備的特性給應用(yòng)BIA技術帶來(lái)更多挑戰。
➢電極采用(yòng)幹電極，存在極化電壓的問題。
➢電極接觸面積小(xiǎo)，存在接觸阻抗大(dà)的問題，尤其是在低(dī)溫、幹燥環境下(xià)。
➢穿戴設備體積緊湊，因此要求BIA電路簡單，且抗幹擾能(néng)力強。
➢穿戴設備一般爲消費電子産品，因此要求電路功耗低(dī)、成本可控。
04CS1253的産品性能(néng)指标
芯海科技CS1253是一款支持可穿戴設備的生物阻抗測量的模拟前端（AFE）芯片，結合人體成分算(suàn)法，可以實現(xiàn)高(gāo)精度的人體成分分析。産品内部集成了(le)生物阻抗測量電路（BIM）和(hé)高(gāo)精度Sigma-delta ADC信号鏈。生物阻抗測量電路采用(yòng)正弦激勵源，将生物阻抗轉化爲電壓信号送到(dào)ADC信号鏈進行測量，可以支持多頻率生物阻抗測量。
CS1253電路框圖
CS1253的精準度、集成度、低(dī)功耗、易用(yòng)性等各方面指标均達到(dào)國際先進、國内領先水(shuǐ)平，非常适合于智能(néng)穿戴應用(yòng)場景。
準确度
➢支持接觸阻抗測量；
➢支持5種激勵源幅度設置；
➢内置24bit分辨率ADC，輸出速率10Hz~1280Hz 8檔可調；
➢支持OTP加載或軟件加載芯片校準值；
➢輸入阻抗>1MΩ@50kHz。
集成度
➢支持SPI和(hé)IIC數據通訊；
➢支持IO寬幅電壓1.8V~3.3V；
➢支持ECG共用(yòng)電極，節省單闆模拟開(kāi)關；
➢外(wài)圍電阻内置，減少單闆器件數量，節約系統成本。
低(dī)功耗
➢支持自(zì)動狀态機，減少主控幹預；
➢FIFO深度達256Samples，最長支持25.6s喚醒一次@10Hz；
➢支持ADC數據通訊中斷方式代替輪詢，降低(dī)功耗。
易用(yòng)性
➢支持自(zì)動狀态機，無需頻繁切換配置；
➢支持中斷ADC采集數據阈值配置，無需頻繁讀取數據；
➢支持關鍵寄存器動态配置，無需全部刷新；
➢靈活的時(shí)序配置，滿足實際應用(yòng)場景。
CS1253參考電路
在開(kāi)發生态上(shàng)，CS1253擁有完整的評估套件，硬件工(gōng)具、軟件工(gōng)具、測量算(suàn)法、開(kāi)發文(wén)檔及技術支持等均已準備就緒，方便客戶評估和(hé)開(kāi)發産品，簡化開(kāi)發周期，加快(kuài)量産進程。
EVK上(shàng)位機軟件
EVK評估闆
長期以來(lái)，芯海科技長期深耕健康測量領域，随着BIA、PPG、ECG産品序列的逐步豐富，正在形成系列化産品組合。
未來(lái)，公司仍将憑藉自(zì)身的“模拟信号鏈+MCU”雙平台驅動的技術優勢，持續構建從(cóng)芯片到(dào)結構到(dào)算(suàn)法的系統工(gōng)程，賦能(néng)更多智慧健康領域的終端品牌客戶打造更強産品力。