AFE4432 技术文档总结

该AFE4432是用于光学生物传感应用的模拟前端，例如心率监测 （HRM） 和外周毛细血管氧饱和度 （SpO2）。该器件支持多达 4 个开关发光二极管 （LED） 和多达 3 个光电二极管 （PD）。AFE 有两个 LED 驱动器，每个驱动器具有 8 位电流控制。该器件具有高动态范围的发射和接收电路，有助于检测非常小的信号电平。最多可以定义 12 个信号相位组，每个相位组包括 LED 和环境相位的组合。可以自动控制接收器输入端的低噪声偏移DAC，以消除环境光和LED光的直流电。来自每相PD的电流通过TIA转换为电压，进行滤波，然后使用公共ADC进行数字化处理。ADC代码可以存储在160个样本的FIFO模块中。可以使用 SPI 或 I 读出 FIFO^2^C 接口。
*附件：afe4432.pdf

特性

• 支持多达 12 个相位组的信号采集
• 支持多达 4 个 LED、3 个 PD
• 每相灵活分配 LED、PD
• 以不同的数据速率同时从不同传感器采集信号
• 准确、连续的 PPG 监测：
  • 低电流，用于可穿戴设备上的连续心率监测，典型值：接收器为 12 μA
  • 0.5-10 Hz 频段内的峰值系统信噪比为 115 dB，可实现高精度 SpO2 测量
• 发射机：
  • 8位可编程LED电流，范围可调范围为25 mA至250 mA
  • 两个 LED 并联点亮的模式，具有独立的每相电流控制
  • 每相可编程 LED 导通时间
  • 同时支持 4 个 LED 用于 SpO2、多波长 HRM
• 接收器：
  • 支持3个时间复用PD输入
  • 2 个并行接收器（2 组 TIA/滤波器）
  • 每个TIA输入端均有单独的环境失调减法DAC，每相控制为8位，范围可调至255 μA
  • 每个TIA输入端的单独LED失调减法DAC，每相控制9位，范围为64μA
  • ADC输出端的数字环境减法
  • 具有可编程带宽的噪声滤波
  • 跨阻增益：3.7 kΩ 至 1 MΩ
• 支持外部时钟或内部振荡器
• 可选择采集与系统时钟同步的数据
• 自动消除环境、LED 的直流
• 具有 160 个样本深度的 FIFO
• SPI™接口/I2C接口
• 1.9 mm × 1.8 mm DSBGA，0.35 mm 间距
• 电源：Rx：1.7 - 1.9 V，Tx：3-5.5 V

参数

方框图

一、产品核心定位

AFE4432 是德州仪器（TI）推出的超小型集成模拟前端（AFE），专为光学生物传感应用设计，核心用于心率监测（HRM）、心率变异性（HRV）及脉搏血氧饱和度（SpO₂）测量，尤其适配可穿戴设备、入耳式设备等对尺寸和功耗敏感的场景。

二、关键特性

1. 传感与信号采集能力

• 多通道支持 ：可连接最多 4 个 LED（发光二极管）和 3 个 PD（光电二极管），支持 12 组相位集的信号采集，每组相位集包含 LED 和环境光相位组合，且 LED、PD 在各相位中可灵活分配。
• 多速率同步采集 ：能从不同传感器以不同数据速率同时采集信号，满足复杂传感需求。

2. 低功耗与高精度监测

• 低功耗设计 ：接收器典型电流仅 12μA，适合可穿戴设备持续心率监测，降低续航压力。
• 高信噪比（SNR） ：在 0.5-10Hz 频段内峰值系统 SNR 达 115dB，保障 SpO₂测量的高精度。

3. 发射器（LED 驱动）参数

• 电流控制 ：8 位可编程 LED 电流，范围可调节（25mA-250mA）；支持两个 LED 并行触发，且各相位电流独立控制。
• 时序灵活 ：每个相位的 LED 导通时间可编程，同时兼容 4 个 LED 用于 SpO₂和多波长 HRM。

4. 接收器（PD 信号处理）参数

• 输入与抵消 ：支持 3 个时分复用 PD 输入，配备 2 组并行接收器（含跨阻放大器 TIA / 滤波器）；每个 TIA 输入有独立环境偏移抵消 DAC（8 位 / 相位，最大 255μA）和 LED 偏移抵消 DAC（9 位 / 相位，64μA 范围），且 ADC 输出端支持数字环境光抵消，自动消除环境光和 LED 的直流分量。
• 滤波与增益 ：噪声滤波带宽可编程，跨阻增益范围 3.7kΩ-1MΩ，适配不同信号强度场景。

5. 时钟与数据存储

• 时钟选项 ：支持外部时钟或内部振荡器（4MHz、256kHz），可选择与系统时钟同步采集数据。
• 数据缓存 ：内置 160 采样深度的 FIFO（先进先出）缓存，通过 SPI 或 I2C 接口读取数据。

6. 尺寸与供电

• 超小封装 ：1.9mm×1.8mm DSBGA 封装，引脚间距 0.35mm，适合空间受限的设计。
• 供电范围 ：接收器（Rx）1.7-1.9V，发射器（Tx）3-5.5V。

三、应用场景

• 可穿戴设备、入耳式设备的光学心率监测（HRM）
• 心率变异性（HRV）检测
• 脉搏血氧饱和度（SpO₂）测量

四、器件信息与订购参数

1. 基础器件信息

型号	封装类型	主体尺寸（标称）	引脚数
AFE4432	DSBGA	1.80mm×1.92mm	25

2. 订购选项详情

可订购器件	状态	封装类型	封装图纸	引脚数	每卷数量（SPQ）	环保计划	引脚 / 焊球镀层	湿度敏感等级（MSL）	工作温度（°C）	器件标识
AFE4432YCHR	现役（ACTIVE）	DSBGA	YCH	25	3000	绿色（RoHS & 无 Sn/Br）	SNAGCU	1 级 - 260°C - 无限制	-20 至 85	AFE4432
AFE4432YCHT	现役（ACTIVE）	DSBGA	YCH	25	250	绿色（RoHS & 无 Sn/Br）	SNAGCU	1 级 - 260°C - 无限制	-20 至 85	AFE4432

注：“现役（ACTIVE）” 表示推荐用于新设计；环保计划中 “绿色” 指符合 RoHS 且无溴、锑类阻燃剂。

五、封装与机械参数

1. 载带与卷盘尺寸

器件	封装类型	卷盘直径（mm）	卷盘宽度 W1（mm）	腔体宽度 A0（mm）	腔体长度 B0（mm）	腔体厚度 K0（mm）	腔体中心间距 P1（mm）	载带总宽 W（mm）	1 号引脚象限
AFE4432YCHR	DSBGA	128.0	9.2	1.92	2.02	0.48	4.0	12.0	Q1
AFE4432YCHT	DSBGA	128.0	9.2	1.92	2.02	0.48	4.0	12.0	Q1

2. 卷盘包装盒尺寸

两款器件（AFE4432YCHR/AFE4432YCHT）包装盒统一尺寸：长 345.0mm× 宽 365.0mm× 高 55.0mm。

3. 封装机械细节

• DSBGA 封装最大高度 0.365mm，焊球尺寸典型值 0.05mm，焊球间距典型值 0.35mm。
• 推荐电路板布局：提供无 solder mask 定义（NSMD）和有 solder mask 定义（SMD，首选）两种焊盘设计，建议参考 TI 文档 SNVA009；钢网设计推荐 0.075mm 厚度，激光切割梯形孔 + 圆角，提升焊膏释放效果。