ST1VAFE3BX：意法半导体推出首款超低功耗生物传感器，成为众多新型应用的核心所在

ST 最新推出的生物传感器ST1VAFE3BX 将生物电位输入与意法半导体的加速度计以及机器学习核心相结合并实现同步，从而为下一代需要控制能耗的可穿戴医疗设备开辟了道路。此外，其小巧的封装(2 mm x 2 mm x 0.74 mm)有助于降低制造成本和 PCB电路板尺寸。整体设计对电能的需求也更低，系统架构需求的复杂程度也随之降低。不过，ST1VAFE3BX 保留了先前推出的ST1VAFE6AX 的有限状态机和机器学习核心，确保了能够在边缘端提供人工智能。

此前在慕尼黑电子展 上展示了这款生物传感器的实际应用，例如，我们与杜邦共同开发的实时便携式心率监测仪和心电图贴片系统。

ST 生物传感器是vAFE、加速度计和 AI 的结合体

生物传感器是什么?

生物传感器并非什么新鲜事物，而且它在重要设备中的应用正越来越多。从本质上讲，生物传感器与温度计、电位计、湿度计或气压计等传统传感器类似，不同的是，它们检测跟踪的生物信号，例如，心跳、呼吸、大脑活动等。ST 博客的忠实读者应该记得，多年来，我们一直在介绍ST传感器和技术在医疗保健领域的应用情况。然而，医疗应用对测量准确度和可靠性都有极高的要求，还受到法规的严格限制，因此，医疗应用开发仍然面临巨大的挑战。例如，一款消费级手表即便少记录几步也不会产生什么不良影响。但对于心电图医疗设备来说，情况就截然不同了，因为这种低准确度会产生无用并具有潜在危险的数据，可能会导致医生做出对患者不利的临床决策。

vAFE是什么?

为了应对这一挑战并确保测量更准确，ST 目前正在推首款嵌入垂直模拟前端 (vAFE) 和超低功耗加速度计的生物传感器 ST1VAFE3BX。顾名思义，vAFE 是专用集成电路 (ASIC) 内的模拟电路，用于放大和过滤特定应用传感元件捕获的生物电位信号，例如 ECG。

全新的心电图监测方式：用智能手机和可穿戴设备内的 ST 生物传感器监测心电图

当我们研究 vAFE 时，我们发现心电图监测系统是让工程师用差分模式连接电极来测量静电势。因此，我们生物传感器中的 vAFE 是触摸或滑动手势感测技术的一种应用扩展，现在，可以检测更复杂的信号。因此，这也证明了我们在传感器方面的专业技术是如何渗透到整个产品系列之中的。

用电极测量静电势的示例

为什么要增加加速度计和人工智能

生物传感器框图：整合用于检测生物电位信号的垂直模拟前端 (vAFE) 和用于运动跟踪的三轴超低功耗加速度计以及 AI 核心 (MLC、FSM)

模拟前端 vAFE 检测生物电位信息，同时惯性传感器提供情境感知功能，有助于进一步净化信号，确保机器学习核心提供准确的结果，因为算法对输入数据的质量要求很高。例如，当使用便携式监测设备的人移动时，加速度计会检测到人体运动，并取消或更正传感器捕获的相关数据，因此，ST1VAFE3BX是业内首次把生物传感、惯性传感器和人工智能融合在一起，跟踪大脑功能、心率、心电信号以及手或眼运动，为新型产品上市打开了大门。

这次整合的成果是什么?

ST1VAFE3BX 发布后，一些 ST 合作伙伴开始采用这款新器件开发新产品，并表示它是在可穿戴设备中开发手势识别、心率监测、认知性能和神经健康检测应用的绝佳解决方案。这一技术进步让他们可以显著增强产品的功能性和用户体验。

ST1VAFE3BX，生物传感与超低功耗兼备

超低功耗是什么意思?

在模拟前端vAFE 和加速度计同时开启的高性能模式，ST1VAFE3BX的功耗为 50 µA。相比之下，竞争对手的解决方案的整体功耗是ST1VAFE3BX的六倍或更高。此外，ST1VAFE3BX 的有限状态机和机器学习核心可以连续低功耗运行。人工智能在传感器上运行与在主微控制器上运行相比，前者的耗电量低很多，从而延长了电池续航时间，并提高了系统整体能效。相反，竞争对手必须在微控制器上运行所有推理运算，微控制器必须保持始终开启状态。通常情况下，为了实用，产品外形尺寸必须保持小巧，这意味着电池容量会更小，所以整体设计就需要更加注重节能。

超低功耗生物传感器有何作用?

采用内置 ST1VAFE3BX 的 SensorTile.box PRO板开发的便携式心电监测仪参考设计

除了宣布 ST1VAFE3BX 的问世之外，我们还展示了多个演示应用方案，例如，ST用最新的设备开发了一个双电极电路板，所有组件都安装在 SensorTile.box PRO或专业级的 MEMS 电路板 STEVAL-MKI109V3的上面。这可能是最简单、最快和最省钱的探索 ST1VAFE3BX功能的方法。用户只需将两个食指放在演示板上，ECG 应用立即开始运行。因此，在短短几分钟内，就可以针对竞争产品测试这款新设备的各项功能。

用于ECG心电图检测的MKI109V3 和 ST1VAFE3BX开发板

客户或工程院校的开发成果也展示了如何使用我们的生物传感器。当放置在人体胸部、手腕或头部时，它可以测量心率变异性，以识别心理压力和疲劳度等。当与 IMU 结合使用时，ST1VAFE3BX 可以帮助创建一个监测运动员是否有脑震荡风险的健康系统。除了典型的心电图外，该传感器还可以用于脑电图 (EEG)、心震图 (SCG) 和神经电图 (ENG)。

该行业的乐观前景?

不难看出 ，ST1VAFE3BX 将彻底改变医疗健康可穿戴设备市场的未来，在这个市场中，效率与创新相互交融。我们的这款设备不单单是一个传感器，它更是健康监测和活动追踪的综合性解决方案，集精准度、集成性与高效性于一身，为个人监测设备树立了新的标准。

专家们都知道，在一款新设备的生命周期如此早期就能看到这么多概念验证是很罕见的。事实上，鉴于已经涌现出的应用数量之多，显然ST1VAFE3BX的意义远超一款商用生物传感器。在效率提升的背后，蕴藏着一个充满诸多可能性的全新世界。这就是为什么我们也在努力让合作伙伴对隐私和安全问题保持敏感的原因。意法半导体(ST)认识到这种追踪非常私人化信息的能力背后所蕴含的潜力。因此，我们正在与合作伙伴探讨，并将与业界合作，推进生物数据安全和用户隐私的保护行动。