【導讀】ST 最新推出的生物傳感器ST1VAFE3BX 將生物電位輸入與意法半導體的加速度計以及機器學習核心相結合并實現同步，從而為下一代需要控制能耗的可穿戴醫療設備開辟了道路。此外，其小巧的封裝(2 mm x 2 mm x 0.74 mm)有助于降低制造成本和 PCB電路板尺寸。整體設計對電能的需求也更低，系統架構需求的復雜程度也隨之降低。不過，ST1VAFE3BX 保留了先前推出的ST1VAFE6AX 的有限狀態機和機器學習核心，確保了能夠在邊緣端提供人工智能。
ST 最新推出的生物傳感器ST1VAFE3BX 將生物電位輸入與意法半導體的加速度計以及機器學習核心相結合并實現同步，從而為下一代需要控制能耗的可穿戴醫療設備開辟了道路。此外，其小巧的封裝(2 mm x 2 mm x 0.74 mm)有助于降低制造成本和 PCB電路板尺寸。整體設計對電能的需求也更低，系統架構需求的復雜程度也隨之降低。不過，ST1VAFE3BX 保留了先前推出的ST1VAFE6AX 的有限狀態機和機器學習核心，確保了能夠在邊緣端提供人工智能。
此前在慕尼黑電子展 上展示了這款生物傳感器的實際應用，例如，我們與杜邦共同開發的實時便攜式心率監測儀和心電圖貼片系統。
ST 生物傳感器是vAFE、加速度計和 AI 的結合體
生物傳感器是什么？
生物傳感器并非什么新鮮事物，而且它在重要設備中的應用正越來越多。從本質上講，生物傳感器與溫度計、電位計、濕度計或氣壓計等傳統傳感器類似，不同的是，它們檢測跟蹤的生物信號，例如，心跳、呼吸、大腦活動等。ST 博客的忠實讀者應該記得，多年來，我們一直在介紹ST傳感器和技術在醫療保健領域的應用情況。然而，醫療應用對測量準確度和可靠性都有極高的要求，還受到法規的嚴格限制，因此，醫療應用開發仍然面臨巨大的挑戰。例如，一款消費級手表即便少記錄幾步也不會產生什么不良影響。但對于心電圖醫療設備來說，情況就截然不同了，因為這種低準確度會產生無用并具有潛在危險的數據，可能會導致醫生做出對患者不利的臨床決策。
vAFE是什么？
為了應對這一挑戰并確保測量更準確，ST 目前正在推首款嵌入垂直模擬前端 (vAFE) 和超低功耗加速度計的生物傳感器 ST1VAFE3BX。顧名思義，vAFE 是專用集成電路 (ASIC) 內的模擬電路，用于放大和過濾特定應用傳感元件捕獲的生物電位信號，例如 ECG。
全新的心電圖監測方式：用智能手機和可穿戴設備內的 ST 生物傳感器監測心電圖
當我們研究 vAFE 時，我們發現心電圖監測系統是讓工程師用差分模式連接電極來測量靜電勢。因此，我們生物傳感器中的 vAFE 是觸摸或滑動手勢感測技術的一種應用擴展，現在，可以檢測更復雜的信號。因此，這也證明了我們在傳感器方面的專業技術是如何滲透到整個產品系列之中的。
用電極測量靜電勢的示例
為什么要增加加速度計和人工智能
生物傳感器框圖：整合用于檢測生物電位信號的垂直模擬前端 (vAFE) 和用于運動跟蹤的三軸超低功耗加速度計以及 AI 核心 (MLC、FSM)
模擬前端 vAFE 檢測生物電位信息，同時慣性傳感器提供情境感知功能，有助于進一步凈化信號，確保機器學習核心提供準確的結果，因為算法對輸入數據的質量要求很高。例如，當使用便攜式監測設備的人移動時，加速度計會檢測到人體運動，并取消或更正傳感器捕獲的相關數據，因此，ST1VAFE3BX是業內首次把生物傳感、慣性傳感器和人工智能融合在一起，跟蹤大腦功能、心率、心電信號以及手或眼運動，為新型產品上市打開了大門。
這次整合的成果是什么？
ST1VAFE3BX 發布后，一些 ST 合作伙伴開始采用這款新器件開發新產品，并表示它是在可穿戴設備中開發手勢識別、心率監測、認知性能和神經健康檢測應用的絕佳解決方案。這一技術進步讓他們可以顯著增強產品的功能性和用戶體驗。
ST1VAFE3BX，生物傳感與超低功耗兼備
超低功耗是什么意思？
在模擬前端vAFE 和加速度計同時開啟的高性能模式，ST1VAFE3BX的功耗為 50 μA。相比之下，競爭對手的解決方案的整體功耗是ST1VAFE3BX的六倍或更高。此外，ST1VAFE3BX 的有限狀態機和機器學習核心可以連續低功耗運行。人工智能在傳感器上運行與在主微控制器上運行相比，前者的耗電量低很多，從而延長了電池續航時間，并提高了系統整體能效。相反，競爭對手必須在微控制器上運行所有推理運算，微控制器必須保持始終開啟狀態。通常情況下，為了實用，產品外形尺寸必須保持小巧，這意味著電池容量會更小，所以整體設計就需要更加注重節能。
超低功耗生物傳感器有何作用？
采用內置 ST1VAFE3BX 的 SensorTile.box PRO板開發的便攜式心電監測儀參考設計
除了宣布 ST1VAFE3BX 的問世之外，我們還展示了多個演示應用方案，例如，ST用最新的設備開發了一個雙電極電路板，所有組件都安裝在 SensorTile.box PRO或專業級的 MEMS 電路板 STEVAL-MKI109V3的上面。這可能是最簡單、最快和最省錢的探索 ST1VAFE3BX功能的方法。用戶只需將兩個食指放在演示板上，ECG 應用立即開始運行。因此，在短短幾分鐘內，就可以針對競爭產品測試這款新設備的各項功能。
用于ECG心電圖檢測的MKI109V3 和 ST1VAFE3BX開發板
客戶或工程院校的開發成果也展示了如何使用我們的生物傳感器。當放置在人體胸部、手腕或頭部時，它可以測量心率變異性，以識別心理壓力和疲勞度等。當與 IMU 結合使用時，ST1VAFE3BX 可以幫助創建一個監測運動員是否有腦震蕩風險的健康系統。除了典型的心電圖外，該傳感器還可以用于腦電圖 (EEG)、心震圖 (SCG) 和神經電圖 (ENG)。
該行業的樂觀前景？
不難看出 ，ST1VAFE3BX 將徹底改變醫療健康可穿戴設備市場的未來，在這個市場中，效率與創新相互交融。我們的這款設備不單單是一個傳感器，它更是健康監測和活動追蹤的綜合性解決方案，集精準度、集成性與高效性于一身，為個人監測設備樹立了新的標準。
專家們都知道，在一款新設備的生命周期如此早期就能看到這么多概念驗證是很罕見的。事實上，鑒于已經涌現出的應用數量之多，顯然ST1VAFE3BX的意義遠超一款商用生物傳感器。在效率提升的背后，蘊藏著一個充滿諸多可能性的全新世界。這就是為什么我們也在努力讓合作伙伴對隱私和安全問題保持敏感的原因。意法半導體（ST）認識到這種追蹤非常私人化信息的能力背后所蘊含的潛力。因此，我們正在與合作伙伴探討，并將與業界合作，推進生物數據安全和用戶隱私的保護行動。
（來源：意法半導體博客）
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