国产SW302x生物电AFE评测：单电源+FIFO，对标ADS1299

国内做 ADS1299 替代方案的厂商不少。最近我拿到了芯聚威（Sillicoway）的对标产品，第一印象就是——它家的评估板，可能是我见过同类产品里设计得最用心、最完善的一块。

先看评估板

整块板子采用叠板结构，由三个子板堆叠而成。

中间使用塑料螺丝座子把上下板支棱起来，既能稳固固定，也便于拆装调试。

前端采集部分单独做了一块滤波子板，预留了滤波器位置。

大多数 demo 板都是直接画在同一块 PCB 上，比如友商这块：

而芯聚威这种“采集前端+数字主控”分离的做法，好处很明显：研发阶段可以直接插不同截止频率的滤波器模块来完成设计验证，不用反复改板。说实话，这个细节很加分。

底板搭载的是 STM32H750VIT。

一看到 H750 我就有点应激。这颗芯片我最早 5 块钱一片的时候就开始用了，它最大的槽点就是 Flash 只有 128 KB，基本离不开外挂 Flash。

性能方面倒是没什么可挑剔的。不过看原理图，板上确实预留了外部 Flash 的位置：

只是实物上似乎没有焊接，估计是作为选配方案存在。

考虑到 8 个同步 ADC 的数据量相当可观，底板上还加了一颗 USB PHY。

这样一来，芯片的采样率就能被完整利用起来了，不会因为数字接口瓶颈而白白浪费采样能力。

64 kSPS 时的真实 SPI 数据率

纯 ADC 数据量为：

8通道 × 24bit = 192bit = 24Byte/帧

换算成持续数据率：

64k SPS × 24Byte = 1,536,000 Byte/s ≈ 12.288 Mbps

再加上每帧 1 个 STAT 状态字节：

24Byte + 1Byte = 25Byte/帧

所以真正的持续吞吐率是：

64k SPS × 25Byte = 1,600,000 Byte/s = 12.8 Mbps

这个才是全速采样时的实际 SPI 数据压力。底板加入 USB PHY 的设计思路是对的——既可以评估最大采样率，一些起搏器功能也能在这个平台上实现或验证。

BUFFER 功能非常有价值

SW3028 的最大缓存深度为 8，SW3024 则可以到 16。手册里明确规定了不同型号的缓存深度以及对应的输出格式。

例如 SW3028 的工作模式：

Buffer = 8（每缓存 8 帧产生一次 DRDY）

于是 MCU 不需要每秒响应 64000 次 DRDY 中断，只需要每秒响应 8000 次，每次再配合 DMA 把 8 帧数据一次性搬走。这对 MCU 来说友好太多了，中断负担大幅下降。

Buffer = 8 之后，每次需要读取的数据量：

8帧 × 25Byte = 200Byte

但平均吞吐量仍然不变：

64k SPS × 25Byte = 1,600,000 Byte/s = 12.8 Mbps

所以结论很明确：BUFFER 降低的是中断频率，而不是平均数据率。这个特性对于功耗敏感的应用，尤其是需要让 MCU 长时间睡眠、攒够一批数据再唤醒处理的场景，实用价值极高。

走进 SW302x 系列 24 位生物电 AFE

手册已经更新到 V3.0 版本，说明这颗芯片经过了多轮迭代打磨。

从芯片架构来看，SW302x 与 TI ADS1299 系列具有很高的功能相似性：都采用多路同步采样 ADC、PGA、SRB 公共参考、BIAS 共模反馈、导联脱落检测以及 SPI 数据接口。

但 SW302x 也有一些值得单独研究的功能：最高支持 64 kSPS 的输出数据速率；提供 1、2、3、4、6、8、12、24 共八档 PGA 增益；支持最多 16 深度的数据缓存，降低 MCU 读取数据的频率；具有可用于连续采集的交流导联脱落检测模式。

除传统 64-pin QFP 封装外，还提供 64-pin BGA 封装。

SW302x 系列的基本定位

三款型号的区别

参数	SW3024	SW3026	SW3028
ADC 通道数	4	6	8
ADC 分辨率	24 bit	24 bit	24 bit
是否同步采样	是	是	是
内置 PGA	4 组	6 组	8 组
最大输出数据速率	64 kSPS	64 kSPS	64 kSPS
PGA 增益	1～24	1～24	1～24
内置基准	支持	支持	支持
内置时钟	支持	支持	支持
BIAS 放大器	支持	支持	支持
数字缓存最大深度	16	8	8
SPI 接口	支持	支持	支持
工作温度	-40～85 ℃	-40～85 ℃	-40～85 ℃
封装	QFP64 / BGA64	QFP64 / BGA64	QFP64 / BGA64

其中一个特别值得关注的区别是：

SW3024 的缓存深度可以达到 16，而 SW3026 和 SW3028 最大为 8。

电气参数

参数	指标
分辨率	24 bit
输入参考噪声	0.23 μV RMS
输入参考峰峰值噪声	1.28 μVpp
输出速率	250～64000 SPS
CMRR	-118 dB
PSRR	96 dB
通道串扰	-110 dB
SNR	120 dB
THD	-85 dB

需要强调一点：这些参数并非全部在相同增益、带宽和工作条件下测得。比如：

0.23 μV RMS 的噪声性能对应手册列出的低速、高增益测试条件，不能直接认为在 64 kSPS 时仍然具有相同噪声水平。

功耗

手册给出了不同通道型号的正常工作功耗。

型号	5 V 模拟供电条件	3 V 模拟供电条件
SW3024	19.9 mW	11.4 mW
SW3026	29.2 mW	16.2 mW
SW3028	36.5 mW	20.7 mW

对于电池供电的生物电采集设备，SW3028 大约 20～37 mW 的功耗量级值得重点评估。不算特别低，但在 8 通道 24 位同步采样的规格下，这个数字并不算离谱。

一些值得聊的闪光点

定位就是 ADS1299 的竞品，大方向没什么好说的。下面聊几个我实际用下来觉得不错的细节。

单电源供电也能测负电位

先看 ADS1299 的绝对最大额定值，它的模拟电源 AVSS 可以到 -3 V。

而 SW302x 的电源参数中，AVSS 到 DGND 的范围是 -0.2～0.2 V，意味着它不需要真正的负电源轨。

但实际测量时依然可以读到负电位信号。秘密在于芯片内部加入了电荷泵，把单电源转换为内部所需的负电位。

这一点我认为是整颗芯片最亮眼的设计。传统方案要测负电位，通常得引入负电源轨，增加物料成本和电源设计的复杂度。SW302x 用单电源就解决了这个问题，对便携设备的 BOM 精简帮助很大。

测量范围

对大多数用户来说，拿到片子后最先关心的还是常规参数的边界。基本原则是：增益越大，ADC 前端量程越小。差分满量程关系为：

V_FS = ±V_REF / PGA

如果使用内部 4.5 V 基准：

PGA	正负满量程	总跨度
1	±4.5 V	9 V
6	±0.75 V	1.5 V
12	±0.375 V	0.75 V
24	±0.1875 V	0.375 V

所以即使 Gain = 24，量程仍有 ±187.5 mV 左右。对于纯 EEG/EMG 信号来说，这其实依然相当充裕。

但也正因如此，EEG 信号虽然小，却不能无脑上 Gain = 24。电极失调电压可能达到几十甚至上百毫伏。假如电极 DC 失调是 100 mV：

Gain = 24 后，在 PGA 内部相当于 100mV × 24 = 2.4V

动态余量会迅速被消耗掉。因此实际设计里 Gain = 12 往往比 Gain = 24 更常见，最终取值还是要结合实际电极 DC 偏移和运动伪迹来定。

共模范围比满量程更容易被忽略

PGA 共模范围约束：

AVSS + 0.3V ≤ V_CM ≤ AVDD - 0.3V

手册给的例子是单电源 3.3 V 供电：

0.3V ≤ V_CM ≤ 3.0V

也就是说，共模电压如果偏出这个窗口，PGA 的线性度会迅速恶化。这也解释了 BIAS 为什么重要——BIAS 电路本质上就是要把人体共模拉回 ADC 前端最舒服的位置。

PGA 本身带宽很高，手册给出的 PGA 小信号带宽如下：

Gain	PGA BW
1	372 kHz
2	328 kHz
3	292 kHz
4	273 kHz
6	247 kHz
8	226 kHz
12	195 kHz
24	136 kHz

即使 Gain = 24，模拟 PGA 仍然有约 136 kHz 的带宽。而 EEG 应用通常只关心 0.5～100 Hz 的低频段。也就是说，模拟前端本身会放过大量高频能量，真正把输出数据带宽压下来的，是后面的数字抽取滤波器。

小结

芯聚威家的东西一直是稳扎稳打的路线，用下来整体感觉不错。这颗芯片我个人认为最大的特点就是单电源供电，省去了负电源轨的设计负担；另外 FIFO 功能对低功耗设计也很友好。其他一些小改进就不展开说了。最后还是要再夸一句：评估板设计得真心不错。

（等有空了来写一篇完整实测。）

如果你也在评估国产生物电 AFE 方案，或者已经在实际项目里用过 SW302x，欢迎到云栈社区和更多嵌入式开发者一起交流经验。