专访TI宋浩然：AFE4300模拟前端让消费医疗更智能
随着德州仪器（ti）自身技术的突飞猛进，无论是对于大到mri、ct、x光的医疗影像设备，还是小到血压计、血氧仪、计步器的便携式保健和健身设备，ti都有广泛的优秀产品应用其中。近几年，ti更是把各种技术优势进行整合，推出了很多针对医疗领域的专用集成芯片（assp）。例如，针对ecg和eeg的ads192x，用于体温计的msp430l110，针对识别产品的bq2026（可用于脉搏血氧、ecg以及血糖仪等应用）。
近日，ti举办了一场新品发布会，地点选在了雍和宫对面的京兆尹，这个地方让人有一种去感悟养身之道、注重健康的冲动。发布会的主角是首款集成了体重计和体成分测量两种功能的模拟前端afe4300，ti中国区高性能模拟产品业务发展经理宋浩然向记者详细介绍了这款产品。
图1 ti中国区高性能模拟产品业务发展经理宋浩然
宋经理首先解释了ti为什么会在这两个专用医疗领域开发不同的产品，并且一代一代地更新产品：“首先，ti有技术优势，大家都很清楚，ti有很多ip产品组合，例如处理器和高性能模拟产品。其次，ti有系统和设计优势，尤其是在集成型soc、优化成本和性能方面ti有独到的优势。另外，现在很多产品的开发都是以市场为导向，因为ti看到消费类医疗是非常重要的一个增长部分，所以，我们的产品在医疗方面可以朝着帮助客户优化解决方案的方向发展。在医疗领域，ti更多的产品不是那种通用型产品，而是assp，也可以理解为模拟前端afex，这是ti在医疗领域后续发展的方向。”
新的模拟前端afe4300的市场前景十分乐观。体重计其实再普通不过了，而随着医疗和保健的开发，越来越多的新体重计会增加对我们人体成分的测量，或者说对人体脂肪含量的测量，它需要增加这些额外的功能。很多人在健身之后，需要进行称体重包括对脂肪含量的测量，它会越来越智能，因此对芯片的要求也越来越苛刻。
afe4300是怎样测量人体成分的呢？宋经理进行了详细阐述：“ afe4300可以测量手到手、脚到脚甚至从手到脚之间，也就是人体四肢任何两个分支之间的阻抗。首先，它产生一个正弦波形去激励人体，把正弦波形加在两个测量点上，由于正弦波是一个交流信号，随着人体成分（人体脂肪）的不同，它的阻抗是不同的。而另外一个通道会采样和分析人体阻抗（它并不是一个纯的电阻形式，它还含有电感和电容，实际上是一个复合的阻抗），通过芯片内部的iq分离和滤波，再通过一定的数字运算，得到了i和q信号，这样就得到了两个测量点间的阻抗大小，可以在一定程度上反映人体成分。大家可以看到，对体成分前端的测量相对而言比较复杂，它包括四极测量技术和复数阻抗测量技术。当然，我们这个afe4300只是把人体的阻抗数字化，并进行iq分离，后续的工作交给mcu或者dsp进行处理。例如显示、到底多少阻抗配备多少的脂肪含量等。”
afe4300内部结构图如图2所示。afe4300 集成了两个单独的信号链，一个针对重量测量，另一个针对身体成分分析，二者之间采用16 bit 860 s/s 模数转换器（adc） 进行多路复用。afe4300的主要优势有：（1）高精度。afe4300 的四极（tetra-polar） 测量技术可消除电极阻抗对准确度的影响。该器件的3 个bcm 通道可在手到手、脚到脚甚至从手到脚的整个身体间实现分段阻抗分析（bia），提高整体测量精度。该器件还提供使用生物阻抗光谱（bis） 准确测量细胞外液（ecw） 和细胞内液（icw） 的选项。（2）极低功耗.afe4300 流耗低于1 ma，电源电压范围在2 v ~ 3.6 v 之间，可延长电池使用寿命。（3）小体积。采用12 mm×12 mm tqfp-80 封装。此外，由于它是一个完整的前端解决方案，可以加快产品上市时间。
以市场为导向的afe4300，虽然功能多、内部结构复杂，但是既然工程师们可以使用它来更加方便地设计产品，为什么不赶快行动呢？
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图1 ti中国区高性能模拟产品业务发展经理宋浩然
宋经理首先解释了ti为什么会在这两个专用医疗领域开发不同的产品，并且一代一代地更新产品：“首先，ti有技术优势，大家都很清楚，ti有很多ip产品组合，例如处理器和高性能模拟产品。其次，ti有系统和设计优势，尤其是在集成型soc、优化成本和性能方面ti有独到的优势。另外，现在很多产品的开发都是以市场为导向，因为ti看到消费类医疗是非常重要的一个增长部分，所以，我们的产品在医疗方面可以朝着帮助客户优化解决方案的方向发展。在医疗领域，ti更多的产品不是那种通用型产品，而是assp，也可以理解为模拟前端afex，这是ti在医疗领域后续发展的方向。”
新的模拟前端afe4300的市场前景十分乐观。体重计其实再普通不过了，而随着医疗和保健的开发，越来越多的新体重计会增加对我们人体成分的测量，或者说对人体脂肪含量的测量，它需要增加这些额外的功能。很多人在健身之后，需要进行称体重包括对脂肪含量的测量，它会越来越智能，因此对芯片的要求也越来越苛刻。
afe4300是怎样测量人体成分的呢？宋经理进行了详细阐述：“ afe4300可以测量手到手、脚到脚甚至从手到脚之间，也就是人体四肢任何两个分支之间的阻抗。首先，它产生一个正弦波形去激励人体，把正弦波形加在两个测量点上，由于正弦波是一个交流信号，随着人体成分（人体脂肪）的不同，它的阻抗是不同的。而另外一个通道会采样和分析人体阻抗（它并不是一个纯的电阻形式，它还含有电感和电容，实际上是一个复合的阻抗），通过芯片内部的iq分离和滤波，再通过一定的数字运算，得到了i和q信号，这样就得到了两个测量点间的阻抗大小，可以在一定程度上反映人体成分。大家可以看到，对体成分前端的测量相对而言比较复杂，它包括四极测量技术和复数阻抗测量技术。当然，我们这个afe4300只是把人体的阻抗数字化，并进行iq分离，后续的工作交给mcu或者dsp进行处理。例如显示、到底多少阻抗配备多少的脂肪含量等。”
afe4300内部结构图如图2所示。afe4300 集成了两个单独的信号链，一个针对重量测量，另一个针对身体成分分析，二者之间采用16 bit 860 s/s 模数转换器（adc） 进行多路复用。afe4300的主要优势有：（1）高精度。afe4300 的四极（tetra-polar） 测量技术可消除电极阻抗对准确度的影响。该器件的3 个bcm 通道可在手到手、脚到脚甚至从手到脚的整个身体间实现分段阻抗分析（bia），提高整体测量精度。该器件还提供使用生物阻抗光谱（bis） 准确测量细胞外液（ecw） 和细胞内液（icw） 的选项。（2）极低功耗.afe4300 流耗低于1 ma，电源电压范围在2 v ~ 3.6 v 之间，可延长电池使用寿命。（3）小体积。采用12 mm×12 mm tqfp-80 封装。此外，由于它是一个完整的前端解决方案，可以加快产品上市时间。
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