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超低功耗、高精度、小體積!思瑞浦CGM動態(tài)血糖儀應用方案

06/06 16:20
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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,常見產(chǎn)品形態(tài)如下圖。

應用于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)置芯片低功耗要求很高。

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(讓酶化反應后的電子流動產(chǎn)生電流),酶化反應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??紤]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用場景。如果對Vos的要求不高(比如通過軟件校準),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: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:1.5mV 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

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??焖俚?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1714949.html">瞬態(tài)響應,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

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,當負載動態(tài)變化時能夠做到快速響應,外圍穩(wěn)定僅需2.2μF的陶瓷電容支持限流和過熱保護,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。思瑞浦在信號鏈和電源領域深耕多年,產(chǎn)品性能領先,質(zhì)量管控嚴格,擁有完善的交付體系,與國內(nèi)醫(yī)療健康領域重要客戶均有合作,是您值得信賴的合作伙伴!?

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