MT2511

概述

联发科技 MT2511 是一个为健康与健身设备而设计的生物感应模拟前端(analog front-end)芯片。MT2511 能以高感度和高采样频率,同时收集心电图(EKG)和光电容积脉搏波(PPG)发出的生物信号。

主要特点

  • 二合一(PPG 与 EKG),含电流与电压传感的生物传感模拟前端(AFE)

  • 封装:3.1 mm x 3.4 mm WLCSP

  • 内置心跳间隔侦测电路以及 SRAM,可最佳化睡眠时心律监控的功耗

  • 内置振荡器,可透过外置晶体提供高精度的时钟

  • 可动态关闭电源,具备有弹性的时间控制以节约电源。

  • 针对 EKG 监测,提供 Two-electrode (2E) 模式与 right leg drive (RLD) 模式

  • 超低功耗

EKG 信道提供 two-electrode (2E) 模式与 right leg drive (RLD) 模式,在人体与电路间作为缓冲暂存。它集成了 programmable gain amplifier (PGA)、right leg drive amplifier,以及一个可传感并数字化 EKG 信号的 24-bit sigma-delta 模拟数字转换器(ADC)。


PPG 信道区分为接收端(RX)与发送端(TX)。TX 端含有 LED 驱动器。透过驱动器与外部升压组件,可点亮外部 LED 并提供 LED 所需的电压控制。由 LED 发出的光线,穿透或从皮肤反射回来,由光电二极管与 RX 端接收。RX 端包含一个 trans-impedance amplifier (TIA)、programmable gain amplifier (PGA)、ambient digital-to-analog converter (DAC),以及一个 24-bit incremental ADC,可将接收到的信号增幅并转换为数字信号。


MT2511 内置对 PPG 信号进行心跳间隔估算的电路以及 SRAM,可最佳化睡眠时心率监控的电源功耗。此功能可让搭配 MT2511 的外部单片机,处于闲置模式长达四分钟,且不需要补正因人体移动而引起的误差。

Block Diagram of MT2511

Data Buffer Memory

  • 1KB SRAM for EKG channel

  • 2KB SRAM for 2 PPG channels

  • 1KB SRAM for heartbeat internal detection channel


Package

  • WLCSP: 3.1 mm x 3.4 mm, 41 balls, 0.4 mm pitch


Connectivity

  • I2C maximum clock: 400KHz

  • SPI maximum clock: 2MHz


Actual operating clock frequency may depend on board level condition.


Heartbeat Interval Estimation

  • Built-in heartbeat interval estimation for PPG signals

  • SRAM for sleep heart rate monitoring


EKG Channel

  • Programmable gain from 1 to 12

  • Low input-referred noise: 0.83uVrms at G=6 and BW=150Hz

  • Dynamic range: 110 dB at G=6

  • CMRR>85dB at 60Hz

  • Data rate: 64SPS to 4096SPS

  • Supports two-electrode and right leg drive mode

  • Input impedance: 125M~500MΩ at two-electrode mode and >1GΩ at right leg drive mode


PPG Channel

  • Input maximum current range: 0.5-50μA

  • Input maximum capacitance: 1nF

  • Input-referred noise: 52pArms at 5μA input current

  • CMRR>80dB at 60Hz

  • PGA gain: 1~6 V/V

  • Ambient DAC1/2 range: 1~6μA

  • TX LED current range: 9.5/22.9/36.3/49.7/63.1/76.5/79.9/103.3mA, each with 8-bit current resolution

  • TX supports H-bridge and push/ pull mode

  • Loop back dynamic range: 100dB at 5μA input current

  • Flexible timing control and support dynamic power down