MT2511

概述

聯發科技 MT2511 是一個為健康與健身裝置而設計的生物感應類比前端(analog front-end)晶片。MT2511 能以高感度和高取樣頻率,同時收集心電圖(EKG)和光電容積脈搏波(PPG)發出的生物信號。

主要特點

  • 二合一(PPG 與 EKG),含電流與電壓感測的生物感測類比前端(AFE)

  • 封裝:3.1 mm x 3.4 mm WLCSP

  • 內建心跳間隔偵測電路以及 SRAM,可最佳化睡眠時心律監控的功耗

  • 內建振盪器,可透過外接晶體提供高精度的時鐘

  • 可動態關閉電源,具備有彈性的時間控制以節約電源。

  • 針對 EKG 監測,提供 Two-electrode (2E) 模式與 right leg drive (RLD) 模式

  • 超低功耗

EKG 通道提供 two-electrode (2E) 模式與 right leg drive (RLD) 模式,在人體與電路間作為緩衝暫存。它整合了 programmable gain amplifier (PGA)、right leg drive amplifier,以及一個可感測並數位化 EKG 訊號的 24-bit sigma-delta 類比數位轉換器(ADC)。


PPG 通道區分為接收端(RX)與發送端(TX)。TX 端含有 LED 驅動器。透過驅動器與外部升壓元件,可點亮外部 LED 並提供 LED 所需的電壓控制。由 LED 發出的光線,穿透或從皮膚反射回來,由光電二極體與 RX 端接收。RX 端包含一個 trans-impedance amplifier (TIA)、programmable gain amplifier (PGA)、ambient digital-to-analog converter (DAC),以及一個 24-bit incremental ADC,可將接收到的訊號增幅並轉換為數位訊號。


MT2511 內建對 PPG 信號進行心跳間隔估算的電路以及 SRAM,可最佳化睡眠時心率監控的電源功耗。此功能可讓搭配 MT2511 的外部微控制器,處於閒置模式長達四分鐘,且不需要補正因人體移動而引起的誤差。

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