新冠肺炎疫情的爆发，人类对于战胜疾病的决心、技术、体系，还有公众认知在不断升级。 很多与大健康产业相关的电子产品也获得前所未有的关注，比如红外测温枪等。杭州晶华微在努力保障红外测温枪主控芯片的生产和供货的同时，继续深化研发电子体重秤、智能体脂秤方案，持续助力大健康产业。
人们生活节奏快、饮食不规律等现状让不少人的体重飙升，过度肥胖会导致众所周知的“三高”问题，减肥、降脂已经成为一个广泛关注的大健康话题。工欲善其事必先利其器，要减肥自然也要有好搭档，能够同时测量体重和体脂的智能体脂秤开始逐渐变为主流，如图1所示。
图1. LED四电极体脂秤实例图
智能体脂秤最基本的功能是：
1、 测体重：站上去1~3秒之后，秤能够非常准确的显示体重；
2、 测脂肪率：光脚站在秤上，能通过双脚分析出体内的脂肪比，秤会自动储存记录下信息，快速分析出BMI（身体质量指数）；
3、 无线连接手机APP：将体重和身体质量指数同步到APP/云端数据库等；另外还可以开启闹钟功能，秤能自动提醒称重，完成体重后，闹钟会自动停止。
智能体脂秤方案框图，如图2所示。
图2. 智能体脂秤方案框图
一、体重测量
体重测量，主要是根据应变电测原理称重。在称重传感器的弹性体上粘贴有应变计，组成惠斯登电桥。在无负荷时，电桥处于平衡状态，输出为零。当弹性体承受载荷时，各应变计随之产生与载荷成比例的应变，经过芯片内的运放将应变电压进行一定倍数的放大，然后将放大的电压信号通过模数转换模块变成数字信号，最后送入微控制器进行处理、显示，就可实现体重测量，如图3所示。
图3. 人体秤工作原理示意图
惠斯登电桥原理分析：
压力传感器的原理是在铝棒上面贴上一个由桥式电阻组成的应变片，如图4所示，它们的安装位置，如图5所示。当铝棒受到压力时，将会导致其变形，从而会使应变片上的4个电阻均产生ΔR的变化量。由此形成一个与电阻变化量ΔR成正比例的电压差输出，如图6所示。
图4. 两种典型的单点式压力传感器
图5. 压力传感器的安装原理及安装位置示意图
图6. 四个压力传感器构成的惠斯登电桥输出示意图
由ΔR的变化产生的电压信号为：
下面以采用晶华微的SD6505系列SoC芯片，结合某款压力传感器（满量程为180kg、分度值为0.1kg）为例，说明参数选择和设计原理：
在传感器供电电压（Vin+ - Vin-）为2.4V的情况下，0.1kg重量对应的输出变化量为2μV（数据为测试所得），当fS=128kHz、OSR=16384、Gain=128、AVDDR=2.4V、VREF=0.6V时SD6505的典型RMS噪声为28.7nV，为2μV的1/69，能够满足其应用。
将2μV经过SD6505内部ADC的前端IA放大器放大128倍后，0.1kg对应的输出电压为256μV。当选择的内部基准为0.6V时，每1LSB对应的电压值为：
VLSB=0.6V /(216×0.75)=12.2μV
每0.1kg对应的16位ADC内码有20LSB。
180kg重量对应的输出变化量为3.6mV（数据为测试所得），经过128倍放大后为：
VFs=3.6mV×128=0.46V
该0.46V电压小于基准电压，满足芯片的输入电压测量范围。
二、脂肪率测量
传统上，测量体脂率的方法较为复杂，以DEXA测量为主，但所耗费时间及费用都相当不经济，因此这几年出现了较方便的生物电阻测量法(Bio-impedanceanalysis, 简称BIA)，即在很短的时间内即可获得颇准确的测量值，适合在家庭中及医师在门诊使用。
BIA测量法的主要原理是将身体简单分为导电的体液、肌肉等，以及不导电的脂肪组织，测量时由电极片发出极微小电流经过身体，若脂肪比率高，则所测得的生物电阻较大，反之亦然，BIA就是经由此种机转来做体脂率的测量，如图7所示。
BIA方法本质是测人体电阻，也叫生物电阻抗法。具有体脂检测的体重秤的面板上往往有两对电极，当用户两只脚踩到体脂秤上之后，芯片内部产生的微弱交流电压信号会测量人体左右两脚之间的阻抗值。结合SD6505芯片的测量方案示意图，如图8所示。
图7. 四电极测量法示意图
图8. 结合SD6505芯片的测量方案示意图
结合被测者的身高、体重、年龄、性别等数据，拟合计算体脂等人体健康参数，如图9所示。
图9. 人体成分的细分模型示意图
三、一款基于SD6505的蓝牙体脂秤应用开发方案
杭州晶华微电子有限公司自主研发的多款应用于体脂秤、人体电子秤的高精度电子秤专用系列芯片,资源丰富，性能稳定。本节将重点介绍基于SD6505芯片的蓝牙体脂秤应用，如图10所示。
图10. 体脂秤典型应用图（LED显示）
图11. “蓝牙体脂秤应用开发方案”电路图
蓝牙体脂秤以BLE蓝牙芯片作为主控芯片，如图11所示，SD6505将测到的体重和体脂数据发送给蓝牙芯片，蓝牙芯片与APP实现信息交互， APP根据身体健康指标评测系统，在用户踏上蓝牙体脂秤的同时完成了对称重的测量和分析。APP会跟踪记录这些数据，形成直观的周月年报表，并提供个性化的身体健康分析建议，更科学地反应肥胖程度。
功能介绍：
① 实现与蓝牙快速连接，兼容性高、上传速度快。
② 通过APP实时监控多项身体数据，快速给出健康报告及方案。
③ 自动记录身体曲线，通过云端数据管理记录每天细微的身体变化。
④ 支持绑定多位用户，自动识别用户，可对各个用户数据进行管理分析。
⑤ 可通过APP对蓝牙体脂秤进行切换单位，选择用户等设置。
四、SD6505芯片介绍
SD6505是由杭州晶华微推出的一款集成LED驱动的四电极交流体脂测量前端芯片，它还具有以下特点：
ADC
· 高精度ADC，ENOB=19.3bits@8sps，具有4个差分通道或8个单端通道。
· 低噪声高输入阻抗前置放大器；有1、4、8、16、32、64、128、256倍增益可选。
系统时钟
· 内部8MHz和32kHz RC振荡器二分频。
电源管理系统
· 线性稳压源AVDDR，可调为2.4V、2.7V、3.0V或3.3V。
· 低温漂电压基准输出 ACM。
DAC
· 内置8bits DAC，支持两路输出。
LED驱动
· 支持LED驱动，提供8个LED驱动口，可驱动56个共阴极LED。
· 驱动占空比可选。
· 最大驱动电流为14mA，可以保证LED拥有足够的亮度。
正弦波发生器
· 内置正弦波发生器及整流电路。
· 正弦波频率可选：5kHz、50kHz、100kHz或200kHz。
· 支持四电极测量人体阻抗。
通信
· 具有两线制通信接口，可与上位机通信，由SCK和DATA组成。
· 上位机可读写本芯片所有寄存器，可控制芯片进入休眠或唤醒。
· 最高通信速度1.1MHz。
温度传感器
· 内置温度传感器，可以单点校准。
封装形式
· SOP24，如图12所示。
图12. SD6505封装片
总结：
SD6505与普通AFE产品相比，具有高精度ADC，测量精度高；自带LED驱动；支持人体阻抗测量；二线制通信配合蓝牙或WiFi芯片，可使用C语言编程，便于开发等突出优势。
多年来晶华微自主研发的低功耗的24Bits ADC + 8Bits MCU类SoC ，一直保持国内电子秤市场领先地位，年销售芯片上亿颗。2020年新冠肺炎疫情之下，晶华微一如既往地保持与国内众多知名秤厂的紧密合作，第一季度电子秤芯片销量逆势增长，同比增长10%。晶华微将继续深耕衡器领域，发力大健康，加快产业布局，助力推动大健康产业持续发展。
*部分图来源于网络
