11月17日，由工业和信息化部、安徽省人民政府共同举办的“2022世界集成电路大会”在安徽省合肥市隆重开幕，吸引全球业界瞩目。安徽省委书记郑栅洁、省长王清宪、省政协主席唐良智、工业和信息化部副部长王江平、常务副省长刘惠、合肥市委书记虞爱华等国家部省领导出席活动，众多国内外著名专家学者、跨国企业及知名高校汇聚一堂。
2022世界集成电路大会现场
大会以“合作才能共赢”为主题，主要内容包括开幕式暨开幕论坛、4场高峰论坛、10场主题论坛等丰富活动。
安徽省委副书记、省长王清宪致辞
国家工业和信息化部党组成员、副部长王江平致辞
安徽省人民政府副省长何树山介绍出席嘉宾
其中，第十七届“中国芯”集成电路产业促进大会作为本届大会的重磅细分活动之一，于当日下午揭晓本届“中国芯”优秀产品获奖榜单。芯海科技（股票代码：688595）基于人体成分测量的高精度生物传感afe芯片 cs1253，在全国227家优秀企业的334款参赛产品中脱颖而出，荣登“中国芯”优秀技术创新产品榜单。
cs1253荣获第十七届“中国芯”优秀技术创新产品
“中国芯”评选是由国家工信部指导、中国电子信息产业发展研究院举办的行业权威活动，自2006年成立以来，指引及见证了中国集成电路产业的快速发展。此次芯海科技cs1253荣获“中国芯”，是公司自2007年以来累计第七次、从2019年连续三届荣膺“中国芯”。
2022（第十七届）中国芯集成电路产业促进大会现场
在本届大会上，芯海科技除了蝉联“中国芯”之外，还将会参加11月18日“2022中国半导体市场年会”，并作相关专题报告，届时将另文详叙。
后文将为您详细介绍cs1253的技术特征和产品亮点，字数约计2000字，阅读约需4分钟。
01人体成分构成测量方法
为什么需要关注人体成分呢? 我们知道，通常减肥的人会认为减体重就是减肥。其实这是个误区，因为一样的体重，却有不一样的脂肪含量，其体型区别很大。同时，人体成分还与身体健康息息相关（例如一些慢性病），因此越来越多人会通过持续监测人体成分的变化来指导饮食、运动管理，保持身体的健康状态。
人体由水分、蛋白质、脂肪和无机盐组成，其中约70%是水分，阻抗较小，主要存在于血液、肌肉等。脂肪导电性差，呈现为高阻抗，单位体积中脂肪含量越高阻抗越大。因此，人体成分分析可根据人体阻抗的大小，测量和推断人体脂肪和水分的含量。
人体成分的主要构成图
人体成分分析有mri (核磁共振成像）测量、dexa (双能x线吸收测量)、水中密度测量、bia (生物电阻抗测量）等多种方法。综合比较起来，生物电阻抗法是在成本，易用性以及准确度方面综合表现比较均衡的方法。
人体成分测量方法对比表
02生物电阻抗法（bia）测量原理
生物电阻抗法（bioelectric impedance analysis）是一种通过电学方法测量人体成分的技术。将微弱的交流电流信号输入人体时，电流会随着电阻小、传导性能较好的体液流转。水分的多少决定着电流通过的通路的宽窄，这个可用阻抗值表示。通过检测电压可以获得生物阻抗值：
生物阻抗可以使用复阻抗z=r jxc表示，其中电阻r为实部，电抗xc为虚部。复阻抗取模可得：
bia设备借助置于体表的电极系统向检测对象输入微小的交流测量电流，准确测量生物电阻抗z后，代入到获得科学验证的算法中，计算出主要人体成分结果。
bia测量示意图
03穿戴设备应用bia的技术难点
随着物质生活的改善，人们愈发重视通过持续的体征监测来进行健康管理。但是，市场上用于人体成分检测的高性能设备（例如智能体脂秤、人体成分分析仪）通常体积、重量较大，不便于随身携带。
因此，在可穿戴领域推动生命体征监测的医疗变革成为趋势。目前，在智能手表、手环等智能穿戴产品中，bia、ppg、ecg等健康测量技术不断迭代创新，可获得更加精准的人体健康数据。
可穿戴设备的人体阻抗测量可简化成节段模型。ifinger、iwrist为激励电流端，vfinger、vwrist为电压测量端（等效电路见 下文图片）。穿戴设备产品（例如智能手表）形态一般是测量上肢阻抗。
穿戴设备bia示意图
穿戴设备bia电极示意图
人体皮肤主要有表皮、真皮和皮下组织组成。表皮的角质层相当于一层很薄的绝缘层，类似电容的中间介质，真皮和电极片类似电容器的两极板。
由于汗腺里有少量离子通过，所以可以把表皮模拟为漏电的电容器，类似电容cs和电阻rs’的并联。真皮和皮下组织可以近似为电阻rs，因此实际的人体等效模型会更加复杂化。
接触阻抗等效电路
相较人体成分检测的其他设备，穿戴设备的特性给应用bia技术带来更多挑战。
➢电极采用干电极，存在极化电压的问题。
➢电极接触面积小，存在接触阻抗大的问题，尤其是在低温、干燥环境下。
➢穿戴设备体积紧凑，因此要求bia电路简单，且抗干扰能力强。
➢穿戴设备一般为消费电子产品，因此要求电路功耗低、成本可控。
04cs1253的产品性能指标
芯海科技cs1253是一款支持可穿戴设备的生物阻抗测量的模拟前端（afe）芯片，结合人体成分算法，可以实现高精度的人体成分分析。产品内部集成了生物阻抗测量电路（bim）和高精度sigma-delta adc信号链。生物阻抗测量电路采用正弦激励源，将生物阻抗转化为电压信号送到adc信号链进行测量，可以支持多频率生物阻抗测量。
cs1253电路框图
cs1253的精准度、集成度、低功耗、易用性等各方面指标均达到国际先进、国内领先水平，非常适合于智能穿戴应用场景。
准确度
➢支持接触阻抗测量；
➢支持5种激励源幅度设置；
➢内置24bit分辨率adc，输出速率10hz~1280hz 8档可调；
➢支持otp加载或软件加载芯片校准值；
➢输入阻抗>1mω@50khz。
集成度
➢支持spi和iic数据通讯；
➢支持io宽幅电压1.8v~3.3v；
➢支持ecg共用电极，节省单板模拟开关；
➢外围电阻内置，减少单板器件数量，节约系统成本。
低功耗
➢支持自动状态机，减少主控干预；
➢fifo深度达256samples，最长支持25.6s唤醒一次@10hz；
➢支持adc数据通讯中断方式代替轮询，降低功耗。
易用性
➢支持自动状态机，无需频繁切换配置；
➢支持中断adc采集数据阈值配置，无需频繁读取数据；
➢支持关键寄存器动态配置，无需全部刷新；
➢灵活的时序配置，满足实际应用场景。
cs1253参考电路
在开发生态上，cs1253拥有完整的评估套件，硬件工具、软件工具、测量算法、开发文档及云顶国际官网唯一官方网站的技术支持等均已准备就绪，方便客户评估和开发产品，简化开发周期，加快量产进程。
evk上位机软件
evk评估板
长期以来，芯海科技长期深耕健康测量领域，随着bia、ppg、ecg产品序列的逐步丰富，正在形成系列化产品组合。
未来，公司仍将凭藉自身的“模拟信号链 mcu”双平台驱动的技术优势，持续构建从芯片到结构到算法的系统工程，赋能更多智慧健康领域的终端品牌客户打造更强产品力。