GH3220 数据手册
m
o
c
.
ec
ly
n
O
t
o
yo
版本：1.4
o
g
@
发布日期：2021-07-23
g
n
i
.d
y
m
m
si
r
o
F
l
a
ti
n
e
d
fi
x
i
d
oo
n
o
C
G
深圳市汇顶科技股份有限公司
目录
目录
1 产品简介 ................................................................................................................................................................. 1
1.1 概述 ................................................................................................................................................................. 1
1.2 功能框图 ......................................................................................................................................................... 1
1.3 特点 ................................................................................................................................................................. 1
2 技术指标 ................................................................................................................................................................. 4
2.1 极限电气参数 ................................................................................................................................................. 4
2.2 推荐工作条件 ................................................................................................................................................. 4
ly
n
O
2.3 电气性能参数 ................................................................................................................................................. 4
m
o
c
.
时序参数 ..............................................................................................................................................
5
c
e
t
o
3 管脚定义 .................................................................................................................................................................
7
o
y
o
3.1 管脚分布图 .....................................................................................................................................................
7
g
@
g
3.2 管脚定义 .........................................................................................................................................................
7
n
i
d
.
y
4 交互接口 .................................................................................................................................................................
9
m
m
5 应用参考 ...............................................................................................................................................................
10
i
s
or
5.1 典型应用框图 ...............................................................................................................................................
10
F
l
a
i
t
电源选择 ............................................................................................................................................
10
n
e
id .................................................................................................................................... 11
芯片上电时序
f
n
o复位.................................................................................................................................................... 12
C
x应用时序....................................................................................................................................................... 12
i
d
5.2
oo
数字电路参数 ...................................................................................................................................... 4
G
5.3 PD 连接 .......................................................................................................................................................... 13
5.4 LED 配置及连接 ............................................................................................................................................. 13
5.5 典型光学设计 ............................................................................................................................................... 14
6 封装 ....................................................................................................................................................................... 15
6.1 封装示意图 ................................................................................................................................................... 15
6.2 封装标识 ....................................................................................................................................................... 16
7 潮湿敏感等级 ....................................................................................................................................................... 17
8 SMT 回流焊要求 .................................................................................................................................................... 18
8.1 无铅回流曲线示意图说明 ........................................................................................................................... 18
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I
目录
8.2 设备要求 ....................................................................................................................................................... 19
8.3 锡膏要求 ....................................................................................................................................................... 19
8.4 吸嘴要求 ....................................................................................................................................................... 19
9 法律及联系信息 ................................................................................................................................................... 20
10 修订记录 ............................................................................................................................................................. 21
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O
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g
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II
产品简介
1 产品简介
1.1 概述
GH3220 是一款集成了多通道 PPG 和单导联 ECG 的健康监测芯片，可支持心率（HR）、心率变异性
（HRV）
、
血氧饱和度（SpO2）和脉搏波传导时间（PWTT）等监测功能，并具备超低功耗、超高精度的特性，适用于
高端智能手表、智能手环等智能设备。
1.2 功能框图
VDD_LED
VDD_LED
VDD_LED
VDD_LED
VDD_LED
VDD_LED
VDD_LED
VDD_LED
AVDD LDOEN
4
VDDIO
CF
CF
CF
PPG Channel 0-3
CF
LED Driver 1
LED Driver 0
R
RF F
x4
4
Timing Control
o
g
@
R
RF F
RF
RF
CURRENT
CURRENT
CANCELLATION
CURRENT
CANCELLATION
CURRENT
CANCELLATION
CANCELLATION
Input circuit
ECGP
ECGN
al
i
t
n
nf
o
C
RLD
g
n
i
.d
TIA
TIA
TIA
TIA3
CF
INA
ide
ECDR
CF
CF
CF
24-bit ADCx
Incremental
Incremental
0~2
ADC
ADC
y
m
m
r si
Fo
MUX
m
.co
tec
o
yo
RF
RF
4
x
i
d
o
4
VDDTX
DATA
Control
ly
n
O
OSCIN
SYNC
IIC
IICEN
IIC
SPI
SPI
FIFO
24-bit ADC3
Interrupt
Control
INT
ECG Channel
Lead on/off Detection
（RA、LA、RL）
DCS0 DCS1
Wear status Detection
RESET
图 1-1 功能框图
Go
1.3 特点
GH3220
数据手册
超低功耗
○
PPG 典型功耗 35µA @ 4 ADCs*1 Slot，39µs，25Hz，1st-order BGR
○
PPG 典型功耗 100µA @ 4 ADCs*1 Slot，39µs，100Hz，1st-order BGR
超高性能
○
24-bit 高精度 ADC
○
PPG 动态范围可达 110dB
○
最大可配置 256µA 环境光消除（BGC）
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1
产品简介
○
最大可配置 256µA 直流偏移消除
○
AC 环境光抑制能力（50Hz）60dB
○
DC 环境光抑制能力 80dB
○
ECG 共模抑制比 100dB
○
ECG 输入阻抗>2GΩ，输入噪声 9µVpp
光发射模块
○
内置 2 个 LED 驱动器，每个可以支持 4 个 LED
○
每个 LED 驱动具有 8-bit 电流分辨率，最大驱动电流高达 200mA
○
同时支持 8 个 LED 用于血氧饱和度或多波长/多位置心率监测
○
支持最多 8 个可编程时隙打光
○
PSRR：95dB
m
o
c
.
ec
t
o
yo
光接收模块
○
ly
n
O
o
g
@
4 个独立同步采样 AFE
g
n
i
内置 8 个数字抽取滤波器/滑动平均滤波器
.d
y
m
四个 PD 接口
m
si
最大支持 400pF o
PDr结电容
F
l
可配置iTIA
增益范围：10kΩ 至 2MΩ
a
t
n
e
id
f芯片内置功能
○
支持最多 8 个可编程时隙采集，有效采样数据通道高达 32 个
○
○
○
○
dix
n
o
C
o
o
G
○
自动调光
○
自动佩戴检测
○
含 RLD 的单导联 ECG 检测电路
内置 FIFO
○
通信接口
○
支持最高 12MHz SPI
○
支持最高 1MHz IIC
关键电气特性
○
GH3220
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800×4 bytes，可缓存 800 个采样点数据
AVDD：2.0V-3.6V
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2
产品简介
○
VDDIO：1.62V-3.6V
○
工作温度：-30~85℃
○
ESD (HBM)：±2kV
○
ESD (CDM)：±500V
封装
○
WLCSP 封装
○
尺寸：2.605mm × 2.905mm × 0.468mm，0.4mm pitch，42 balls
可支持的典型应用
○
心率
○
血氧
○
ECG
○
PWTT
○
心率变异性（HRV）
○
佩戴检测
m
o
c
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ec
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n
O
t
o
yo
o
g
@
g
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3
技术指标
2 技术指标
2.1 极限电气参数
表 2-1 GH3220 极限电气参数
参数
最小值
最大值
单位
AVDD
-0.3
3.9
V
LED[0:7]
-0.3
6.0
V
VDDIO
-0.3
3.9
V
VDDTX
-0.3
6.0
V
数字 IO 可承受电压
-0.3
3.9
V
存储温度范围
-40
+125
℃
结温（Tj）
-
+125
℃
工作温度
-30
+85
℃
参数
值
单位
ESD（HBM）
±2
kV
ESD（CDM）
±500
V
m
o
c
.
ec
ly
n
O
t
o
yo
注意：
o
g
@
• 表中仅是芯片工作所能承受的最大极限值，并不表明在上述或任何其他超出极值的情况下，
芯片功能一
g
n
定可以正常运行；
i
d
.
y
• 若长时间处于极限工作条件，芯片可靠性可能会受到影响。
m
m
i
s
2.2 推荐工作条件
or
F
al
i
t
n
e
d
i
f
n
o
C
x
i
d
oo
超出极限工作条件可能会对芯片造成永久性损坏；
•
表 2-2 推荐工作条件
G
参数
条件/说明
最小值
典型值
最大值
单位
AVDD
AFE 电源，使能 LDO
2.0
3.3
3.6
V
VDDTX
LED 驱动电源
2.0
3.3
5.5
V
VDDIO
I/O 电源
1.62
1.8
3.6
V
VREF
内部参考；AVDD＞2.0V
-
1.8
-
V
VBG
内部参考
-
0.9
-
V
数字输入
0
-
VDDIO
V
模拟输入
0
-
AVDD
V
2.3 电气性能参数
数字电路参数
表 2-3 数字电路参数
参数
条件/说明
最小值
典型值
最大值
单位
VIH
High-level input voltage
VDDIO*0.8
VDDIO
-
V
VIL
Low-level input voltage
-
0
VDDIO*0.2
V
Pull down resistor
-
-
22
-
KΩ
数字输入
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技术指标
参数
条件/说明
最小值
典型值
最大值
单位
VOH
High-level output voltage
-
VDDIO
-
V
VOL
Low-level output voltage
-
0
-
V
IOL
Output Current Level Low;
-
4.3
-
mA
-
3.6
-
mA
-
±1
-
%
数字输出
VIO=VDDIO*0.2; VDDIO=1.8 V;
IOH
Output Current Level High;
VIO=VDDIO*0.8; VDDIO=1.8 V;
时钟精度
OSC 32 kHz
工作温度范围
时序参数
2.3.2.1 SPI 时序参数
m
o
c
.
ect
SPI_CS
ts(CS)
SPI_SCK
thwr(CS)/thrd(cs)
tc(SCK)
t
o
o
g
n
i
.d
MSB IN
LSB IN
tv(MISO)
SPI_MISO
w(CS)
oy
g
@
ts(MOSI) th(MOSI)
SPI_MOSI
ly
n
O
y
m
m
MSB OUT
LSB OUT
si
r
o
F
l
a
i 配置下，时序参数如下，若增强 IO 驱动能力，tv
按 IO 驱动能力 S1=1、S2=0
t
n
e
d
i
nf
o
C
x
i
d
o
o
图 2-1 SPI 时序图
会有所改善。
（MISO）
表 2-4 SPI 时序参数
G
符号
描述
最小值
典型值
最大值
单位
DuCy（SPI_SCK）
SPI_SCK 时钟占空比
-
50
-
%
1/tc（SCK）
SPI_SCK 时钟周期
-
8
12
MHz
ts（CS）
SPI_CS 建立时间
40
-
-
ns
thwr（CS）
SPI_CS 写操作保持时间
0.5
-
-
µs
thrd（CS）
SPI_CS 读操作保持时间
10
-
-
ns
tw（CS）
SPI_CS 空闲时间
1
-
-
µs
ts（MOSI）
数据输入建立时间
10
-
-
ns
th（MOSI）
数据输入保持时间
10
-
-
ns
tv（MISO）（VDDIO=1.8 V）
数据输出有效时间
-
23
45
ns
tv（MISO）（VDDIO=3.3 V）
数据输出有效时间
-
14
22
ns
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5
技术指标
2.3.2.2 IIC 时序参数
SDA
tf
thd1
thd2
tst2
tst1
tst3 tr
tbuf
SCL
tf
tlo
thi
tr
tr
tr
tr
图 2-2 IIC 时序图
表 2-5 IIC 时序参数
参数
符号
最小值
最大值
单位
Clock Frequency
fSCL
-
1
MHz
SCL low period
tlo
0.4
-
µs
SCL high period
thi
0.4
-
µs
SCL setup time for START condition
tst1
0.1
-
SCL setup time for STOP condition
tst3
0.1
SCL hold time for START condition
thd1
0.1
SDA setup time
tst2
SDA hold time
µs
µs
-
µs
0.1
-
µs
thd2
0.1
-
µs
tbuf
10
@
g
n
.di
my
Bus free time between and a STOP and START condition
goy
t
o
o
-
m
o
c
.
ec
ly
n
O
µs
m
i
s
r
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n
de
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f
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C
x
di
o
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管脚定义
3 管脚定义
3.1 管脚分布图
1
2
3
4
5
6
7
A
ECGN
DCS1
DCS0
NC0
MOSI/
SDA
MISO
INT
B
ECGP
PD3C
ECDR
OSCIN
SYNC
CSN
SCLK
C
PD2C
PD3A
TMODE
VDDIO
IICEN
DGND
LGND
D
PD2A
PD1C
RESET
NC1
VDDTX
LED1
LED5
E
PD0C
PD1A
SGND
LDOEN
LED2
LED0
LED6
F
PD0A
VREF
VBG
AVDD
LED3
LED4
m
o
c
.
ec
ly
n
O
t
o
yo
o
g
@
LED7
g
n
i
.d
图 3-1 GH3220 芯片管脚示意图（Top View）
y
m
m
3.2 管脚定义
si
r
o
表 3-1 GH3220 芯片管脚定义及描述
管脚编号
管脚名称
A1
ECGN
A2
DCS1
说明
Analog
ECG 导联负极输入
Analog
高通滤波器；DSC0 和 DSC1 跨接 2.2 µF 电容
Analog
高通滤波器；DSC0 和 DSC1 跨接 2.2 µF 电容
NC0
NC
无连接
MOSI/SDA
Digital
SPI 数据输入或 IIC 数据管脚
MISO
Digital
SPI 数据输出管脚
A7
INT
Digital
FIFO 中断或配置的其它中断
B1
ECGP
Analog
ECG 导联正极输入
B2
PD3C
Analog
PD3 输入，连接对应 PD 的阴极
B3
ECDR
Analog
ECG RLD 驱动输出
B4
OSCIN
Digital
32kHz 外部时钟输入；若选用 32kHz 内部时钟，则无需连接该管脚
B5
SYNC
Digital
输入/输出同步信号
B6
CSN
Digital
SPI 片选信号，低电平有效
B7
CLK
Digital
IIC/SPI 时钟信号
C1
PD2C
Analog
PD2 输入，连接对应 PD 的阴极
C2
PD3A
Analog
PD3 输入，连接对应 PD 的阳极
C3
TMODE
Digital
拉高进入测试模式
C4
VDDIO
Power
IO 口电源
C5
IICEN
Digital
使能 IIC 或 SPI（1=IIC/0=SPI）
A4
DCS0
A5
xC
odi
A6
GH3220
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i
t
n
e
d
i
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n
o
A3
Go
al F
管脚类型
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管脚定义
管脚编号
管脚名称
管脚类型
说明
C6
DGND
GND
数字地
C7
LGND
GND
LED 驱动地
D1
PD2A
Analog
PD2 输入，连接对应 PD 的阳极
D2
PD1C
Analog
PD1 输入，连接对应 PD 的阴极
D3
RESET
Analog
芯片复位管脚，低电平有效；省电模式开关
D4
NC1
NC
无连接
D5
VDDTX
Power
LED 驱动电源
D6
LED1
Analog
LED1 驱动管脚，对外连接 LED 阴极，对内连接 LED Driver 0
D7
LED5
Analog
LED5 驱动管脚，对外连接 LED 阴极，对内连接 LED Driver 1
E1
PD0C
Analog
PD0 输入，连接对应 PD 的阴极
E2
PD1A
Analog
PD1 输入，连接对应 PD 的阳极
E3
SGND
GND
模拟地
E4
LDOEN
Power
连接到 AVDD
E5
LED2
Analog
LED2 驱动管脚，对外连接 LED 阴极，对内连接 LED Driver 0
E6
LED0
Analog
LED0 驱动管脚，对外连接 LED 阴极，对内连接 LED Driver 0
E7
LED6
Analog
LED6 驱动管脚，对外连接 LED 阴极，对内连接 LED Driver 1
F1
PD0A
Analog
PD0 输入，连接对应 PD 的阳极
F2
VREF
Power
内部参考电压，需要外接 1 µF 去耦电容
F3
VBG
Power
内部参考电压，需要外接 1 µF 去耦电容
F4
AVDD
Power
模拟电源，接 1 µF 电容到地
F5
LED3
Analog
LED3 驱动管脚，对外连接 LED 阴极，对内连接 LED Driver 0
F6
LED4
Analog
LED4 驱动管脚，对外连接 LED 阴极，对内连接 LED Driver 1
F7
LED7
Analog
m
o
c
.
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n
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t
o
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g
@
g
n
i
.d
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o
LED7 驱动管脚，对外连接 LED 阴极，对内连接 LED Driver 1
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交互接口
4 交互接口
如下图所示，GH3220 与主控接口主要包括 SPI/IIC 接口和 INT，在 Sync In&Out 模式下还有 Sync 引脚。
CLK/SCL
MOSI/SDA
MISO
GH3220
CS
Host MCU
INT
RESET
Sync
IICEN
图 4-1 GH3220 与主控的连接
m
o
c
.
ec
表 4-1 与主控连接引脚
ly
n
O
IICEN=0（SPI）
IICEN=1（IIC）
说明
CLK
SCL
SPI 最高 12 MHz，IIC 最高 1 MHz
MOSI
SDA
MISO
7-bit 地址的次低位
在高 5 bits 为默认值的情况下，IIC 地址与 MISO、CS 电平的
CS
7-bit 地址的最低位
关系如下：
tial
INT
RESET
Sync
n
e
d
fi
n
o
C
o
g
@
g
n
i
.d
y
m
m
r si
Fo
t
o
yo
MISO
CS
ADDR_Write
ADDR_Read
0
0
0x28
0x29
0
1
0x2A
0x2B
1
0
0x2C
0x2D
1
1
0x2E
0x2F
中断
复位信号
同步信号
ix 支持 SPI/IIC 访问，通过 IICEN 引脚切换，两个接口不能同时使用。SPI 最高支持 12 MHz 时钟频
dGH3220
o 最高支持 1MHz 时钟。IIC ID 的低 2 bits 由外部引脚控制，高 5 bits 默认值是 0x05，因此 IIC 默认读写
o
率。IIC
G
地址分别是 0x29 和 0x28。
GH3220 内部某些状态发生变化时，通过 INT 引脚向主控发送中断信号。INT 中断输出可以配置成高电
平、低电平、正脉冲、和负脉冲。配置成脉冲模式时，可以配置脉冲的宽度（31.25 µs ~ 64 ms，默认是 20
ms）和冷却时间（31.25 µs ~ 64 ms，默认是 20 ms，冷却时间是指两个中断脉冲中间的最小时间间隔）
。
RESET 下拉控制 GH3220 复位，复位之后所有寄存器恢复到默认状态。
Sync 引脚在 Sync Out 模式时，向外发送内部动作信号；在 Sync In 模式时，外部信号可以通过 Sync 引脚
触发采样；Sync In 和 Sync Out 模式的切换由寄存器控制。
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应用参考
5 应用参考
5.1 典型应用框图
GH3220 系统应用模块主要由 GH3220、PD、LED、电极、蓝牙主控和 G-Sensor 组成，详细框图如下：
ECG electrode
RA
LA
RL
2.2µF
G-sensor
DCS1
Clock
DCS0
RESET
ECDR
GPIO
ECGN
SYNC
ECGP
GPIO
PD array
PD0~PD3
OSCIN
HOST
SPI/IIC
INT
GH3220
INT
VDDIO
t
o
yo
VDDIO
VBG
y
m
m
1µF
1µF
r si
AVDD
o
F
al
i
t
n
de
10µF
VREF
g
n
i
.d
SGND
LGND
AVDD
DGND
LDOEN
Power Supply
VLED
o
g
@
LED0~LED7
IICEN
VDDTX
m
o
c
.
ec
PPG HRM
SPI/IIC
ly
n
O
Pulse oximetry
图 5-1 GH3220 典型应用框图
i
f
n
o
电源选择
C
x
di
o
o
G
GH3220 芯片系统供电涉及 VDDTX、VDDIO、AVDD 三路供电，以及 VLED 外部 LED 电源：
•
VDDTX：LED Driver 驱动级供电；
•
VDDIO：给 IO 引脚供电，作为通信电平；
•
AVDD：给 RX 电路和数字电路供电；
•
VLED：LED 供电电源，根据应用配置，需具有 200mA (或 400mA)的驱动能力。
GH3220 方案，推荐如下供电方式：
GH3220
数据手册
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V1.4（2021-07-23）
DS-GH3-00007-ZH
10
应用参考
From MCU
5V
LEDx
VDDIO
VDDTX
AVDD
GH3220
3.3V
LDOEN
VREF
1µF
SGND
VBG
LGND
1µF
DGND
rg_ldovref_sl=0，VREF=1.8V
m
图 5-2 系统供电方式
o
c
.
ec
表 5-1 系统供电方式选择
AVDD 供电
VDDIO 供电
2.1V ~ 3.3V
1.8V ~ 3.3V
≥20mA
≥20mA
ly
n
O
t
o
yo
备注
AVDD 和 VDDIO 供电电压相同时，可短接合并供电，例如 3.3V
o
g
@
g
n
i
.d
AVDD 供电白噪声要求：
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