在此設計解決方案中，我們考慮了影響數字溫度傳感器連續準確測量人體溫度能力的一些因素。在研究了當前解決方案的一些局限性之后，我們提出了一種微型數字溫度傳感器IC，它將為未來的醫療設備和可穿戴設備設計帶來多種優勢。

介紹

當美國軍方在1970年代開發全球定位系統（GPS）時，很少有人會想到 普通平民在汽車或智能手機上使用它來幫助他們的那一天 導航他們的旅程。同樣，最初設計用于監測的臨床級傳感器 醫院環境中的患者健康越來越多地進入無數的消費者健康和 健身設備。

然而，醫務室的嚴格控制環境與日常生活的熵大不相同。因此，可穿戴設備中的傳感器所遇到的日常條件與醫院設備中運行的類似傳感器所面臨的挑戰非常不同。在這個設計解決方案中，我們考慮了一些影響使用數字傳感器連續準確地測量人體溫度的因素。在研究了當前解決方案的一些局限性之后，我們提出了一種微型數字溫度傳感器IC，它將為未來的醫療設備和可穿戴設備設計帶來多種優勢。

人體溫度

對于健康的人來說，體溫通常在 97°F 至 99°F（36.5°C 至 37.5°C）的范圍內，盡管存在 是可能導致這種情況變化的許多因素，包括年齡、性別、活動水平和一天中的時間（僅舉幾例）。在較長時間內超過這些值的變化可能表明相對 常見的健康問題（例如發燒），而手術后患者的體溫突然下降可能表明可能危及生命的疾病（例如敗血癥）。因此，快速準確地測量體溫的能力對醫生來說非常重要。最初使用水銀球溫度計測量體溫（出于安全原因放棄），現在通常使用數字溫度計探頭測量體溫。

除了前面列出的變量外，測量溫度時要考慮的另一個因素是 進行測量的身體位置。在醫院環境中，這通常是通過放置 耳、口或直腸管中的探頭。有趣的是，耳朵和直腸溫度通常更高 比口服，而口腔又高于腋窩（有時也使用）。間歇性 在這些身體部位進行的溫度測量通常是可以忍受的，對于 臨床環境，它們仍然是侵入性的，有可能引起小程度的不適。 因此，這些身體位置對于使用 可穿戴設備。

皮膚測量

用于連續溫度監測的一個明顯、易于接近的身體位置是在皮膚上，即 人體最大的器官。方便的是，大多數消費者可穿戴設備都戴在手腕上（因此與皮膚接觸）。但是，雖然在此位置進行的溫度測量可能有助于監測 瞬時變化（例如，由運動或活動引起的變化）和日常趨勢，這不是準確臨床監測的理想位置。這是由于設備與心臟的距離以及暴露于 時間環境條件。手部的溫度比身體其他部位更低，變化更大。

更理想的方案是在身體的不同位置放置多個與皮膚接觸的監視器，生成一個數據集，可用于計算更能反映整體體溫的值。 有趣的是，最近的研究表明，皮膚溫度的局部變化可能是疾病的標志（例如惡性腫瘤）。更有可能在以下情況下檢測到這些局部溫度變化 使用多個監視器。

溫度監控器設計

可穿戴溫度監測器需要電池、微控制器（適用于可穿戴應用）和 溫度傳感器 IC（圖 2）。為了盡可能延長電池壽命，兩個 IC 都必須 消耗盡可能少的功率。為了最大限度地提高便攜性，同時最大限度地減少對佩戴者的不適，尺寸 兩者應盡可能小。這種類型的監視器通常連接到 身體使用粘性貼片。

圖2.溫度監視器的構建塊。

許多溫度傳感器 IC 的封裝底部都有一個金屬散熱焊盤（圖 3）。熱量是 從人體測量點傳導到導熱墊，然后IC將其轉換為數字表示。

圖3.典型溫度傳感器 IC（底視圖）。

此焊盤的位置可能會導致兩個設計問題。首先，它位于包裝下方使其變得困難 PCB設計人員將金屬走線從與主體的接觸點布線，穿過電路板，再到焊盤。 其次，由于它與同一IC上的其他引腳非常接近，因此有可能寄生自發熱 發生，由流入和流出其他引腳的電流的加熱效應引起。這可能會干擾 所需的體溫測量值。

除了這些設計問題，還有一個實際問題值得考慮。在多個溫度下測量溫度 身體位置需要同一顯示器的多個獨立實例，每個實例都有自己的電池（需要 定期充電/更換）、微控制器（必須從中檢索存儲的數據）和溫度傳感器 IC。 除了對佩戴者來說明顯不便，他們必須附上多個粘性貼片外，這是一個昂貴的， 效率低下且笨拙的方法。

菊花鏈

在多個位置測量體溫的更實用的方法。面料 這種貼身的運動型服裝包含多個溫度傳感器 IC，這些傳感器 IC 連接在 單個電池和主機微控制器的菊花鏈布置。每個溫度傳感器都可以由 微控制器定期創建局部和全身溫度的曲線。

通過使用溫度傳感器IC，可以實現這種布置。

除了尺寸小（2mm x 2mm x 0.75mm）外，這款臨床級數字溫度傳感器IC還具有多個 與其他溫度傳感器相比的優勢。

不是在封裝底部使用導熱墊，而是在封裝頂部測量溫度， 盡可能遠離其引腳，最大限度地減少寄生自熱的可能性。如圖 6 所示， 該器件的一個創新特點是不需要安裝在專用PCB上。這意味著它可以 使用扁平柔性/打印機電纜 （FFC/FPC） 輕松連接到遠程主機微控制器，允許多個傳感器舒適地嵌入并連接在可穿戴服裝的面料中。

圖6.傳感器連接到使用 FFC/FPC 的微控制器。

該傳感器在預期的人體溫度范圍內（35.8°C 至 41°C）內精度高達 ±0.1°C 工作在寬電壓范圍 （1.7V 至 3.6V），測量期間僅消耗 60μA 電流和 0.5μA 在關閉中。它包括一個用于溫度數據的 32 字 FIFO（允許 CPU 休眠更長時間），并包括 高閾值和低閾值數字溫度報警。一個我2C 接口允許多個部件連接到 采用菊花鏈配置的微控制器（圖 7）。

圖7.使用I的多點溫度檢測2C.

其他傳感器可以通過使用 I 連接到菊花鏈2C 多路復用器（如果需要）（圖 8）。

圖8.我2C 多路復用器。

總結

對移動人員進行連續、準確的體溫監測需要一種非常不同的方法來 在臨床環境中用于靜態患者的間歇性侵入性方法。 它需要位于皮膚表面多個位置的可穿戴溫度監測器，最小 佩戴者的不適。在為此類應用選擇溫度傳感器 IC 時，潛在的 應保持由散熱墊位于封裝底部引起的寄生自熱 在腦海中。如前所述，可以通過選擇測量溫度的溫度傳感器IC來避免這種情況 在其包裝的頂部。我們還表明，由于該IC不需要PCB安裝，因此特別 適用于可穿戴服裝內的遠程多傳感器配置。其他應用 這部分包括醫用溫度計和物聯網設備。

審核編輯：郭婷