聚焦高性能模擬芯片與嵌入式處理器

傳統(tǒng)的血糖儀簡稱BGM（Blood Glucose Monitor，指尖血糖監(jiān)測），需要頻繁穿刺手指采血，會帶來疼痛感且存在潛在感染風(fēng)險，同時，BGM還存在血糖監(jiān)測盲區(qū)和夜間無法有效監(jiān)測血糖的問題。對于測量頻率不高的二型糖尿病患者，上述問題尚能勉強接受，但對于一型糖尿病患者而言，則帶來較大困擾。

為解決上述困擾，新型動態(tài)血糖儀CGM（Continuous Glucose Monitoring System，持續(xù)血糖監(jiān)測系統(tǒng)）應(yīng)運而生。CGM血糖儀在體驗上很大程度解決了BGM血糖儀的兩個問題，它通過皮下植入傳感器的方式，小巧舒適，可以連續(xù)7~14天監(jiān)測血糖變動水平。

應(yīng)用于CGM動態(tài)血糖儀的 思瑞浦產(chǎn)品

血糖測定的原理是通過提取血液中的葡萄糖，與試紙中的葡萄糖氧化酶反應(yīng)產(chǎn)生的電流來測量血糖，產(chǎn)品多由單節(jié)紐扣電池供電，需要持續(xù)工作至少兩周，所以對內(nèi)置芯片的低功耗要求很高。

01 超低功耗運算放大器

CGM動態(tài)血糖儀的芯片方案分為集成AFE和分立兩種，分立方案需要一顆運放，用于I/V轉(zhuǎn)換放大和施加激勵電源（讓酶化反應(yīng)后的電子流動產(chǎn)生電流），酶化反應(yīng)電流大小一般在幾納安到幾十納安左右，所以需要運放具有較低的偏置電流Ibias，后面搭配MΩ級別的I/V轉(zhuǎn)換電阻。考慮到電池的壽命，對功耗的要求非常高，另外受限于產(chǎn)品的小體積，封裝越小越好，根據(jù)不同電極方案的需求運放一般需要2~4通道。

根據(jù)不同的可識別分辨率要求，分別推薦思瑞浦的超低功耗芯片TPA5512和TP2112，二者均支持軌到軌的輸入和輸出。TPA5512的功耗僅有650nA，失調(diào)電壓低至30uV max，溫漂系數(shù)更是達(dá)到0.025uV/℃，偏置電流Ibias也只有20pA，這一系列參數(shù)非常適合高精度的CGM應(yīng)用。供電范圍最低支持1.7V，可以滿足1.8V電池直接供電的需求。

值得一提的是，TPA5512還支持多種封裝形式（SOIC-8、MSOP-8和DFNX2-8），其中DFN小封裝非常適合對體積有要求的應(yīng)用場景。如果對Vos的要求不高（比如通過軟件校準(zhǔn)），也可以考慮TP2112，功耗僅有500nA，Ibias更是低至1pA，封裝包括SOIC-8和MSOP-8，具有非常高的性價比。

TPA5512主要參數(shù)

供電范圍：1.7V~3.6V

通道數(shù)量：2-ch

靜態(tài)功耗：650nA typical

失調(diào)電壓Vos：30μV max

Vos溫漂：0.025μV/℃

偏置電流Ibias：20pA typical

帶寬 & 壓擺率：9kHz & 3mV/μs

噪聲指標(biāo)：354nV/√Hz @100Hz

封裝形式：SOIC-8、MSOP-8、DFN2X2-8

TP211x主要參數(shù)

供電范圍：1.8V~5.5V

靜態(tài)功耗：500nA typical

失調(diào)電壓Vos：1.5V max

Vos溫漂：0.4μV/℃

偏置電流Ibias：1pA typical

帶寬 & 壓擺率：10kHz & 6mV/μs

封裝形式：SOIC-8、MSOP-8

02 超低功耗升壓芯片Boost

隨著電池在使用過程中不斷的消耗電量，輸出的電壓會變得越來越低，這時候就需要一顆升壓（Boost）芯片來實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出并延長電池的使用時間；另外市面上還推出了低至1.5V的電池，更需要Boost抬高電壓以供MCU使用。

思瑞浦超低功耗Boost芯片TPQ05100是一顆適用于低壓系統(tǒng)的同步型升壓轉(zhuǎn)換器，輸入電壓0.9V~5.5V，可支持更低的輸入電壓，輸出電壓2.5V~5.5V可調(diào)，特有的小封裝QFN2X2-6和WLCSP（0.8mmX1.2mm）非常適合對體積有要求的應(yīng)用。

由于CGM在絕大多數(shù)時間都處于休眠狀態(tài)，只有在固定頻率的瞬間開啟工作，這也意味著電池供電的負(fù)載是PWM脈沖形式而不是常開型，參考如下示意圖：

可以看到在幾乎超過99%時間芯片都處于休眠狀態(tài)（靜態(tài)電流越低，電池使用壽命越長），這時負(fù)載僅有μA級，對供電芯片的靜態(tài)電流要求很高，隨后在不到1%的時間負(fù)載瞬間沖到mA級。不過這個高電流脈沖往往會伴隨著更高的浪涌電流尖峰，這對電池容量和壽命都有很大影響，TPQ05100內(nèi)部有輸入電流限制回路，可有效減小脈沖期間的浪涌電流，提高電池的壽命。

雖然脈沖時間只有ms級，這其中也包含脈沖的建立時間和采樣時間，如果可以縮短建立時間，相當(dāng)于減小了整個脈沖的持續(xù)時間，也會大大提高電池的使用壽命，TPQ05100具有非常快速的瞬態(tài)響應(yīng)，可以有效縮短脈沖建立時間，從而實現(xiàn)更快的采樣，更低的電流消耗。

TPQ05100主要參數(shù)

供電范圍：0.9V~5.5V

輸出范圍：2.5V~5.5V（可提供固定輸出電壓版本）

輸出電流：600mA max

靜態(tài)電流：260nA typical

封裝類型：WLCSP-6、DFN2X2-6

03 超低功耗線性穩(wěn)壓器LDO

電池的電壓輸出波動會比較大，如果電池直接給運放供電，會對運放的輸出精度造成影響，推薦使用思瑞浦超低功耗LDO--TPL710。該款低壓LDO具有非常低的靜態(tài)電流，當(dāng)負(fù)載動態(tài)變化時能夠做到快速響應(yīng)，外圍穩(wěn)定僅需2.2μF的陶瓷電容，支持限流和過熱保護(hù)，可極大提高產(chǎn)品可靠性，支持EN控制，可以輸出1.0V~3.6V之間的固定電壓，有多種封裝可以選擇，包括SOT23-3、SOT23-5，還有適合小體積需求的DFN1X1-4封裝。

TPL710Fxx主要參數(shù)

供電范圍：2.4V~6.0V

輸出電流：200mA max

輸出精度：1% typical

靜態(tài)電流：1.4μA typical

Dropout Voltage：170mV@200mA

PSRR：54dB@1kHz

由于糖尿病患者數(shù)量的逐年增加，佩戴舒適且可以持續(xù)監(jiān)控血糖水平的CGM也越來越受到歡迎，其獨特的醫(yī)療屬性，要求測量精確性和質(zhì)量可靠性缺一不可。




審核編輯：劉清