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超低功耗、高精度、小体积!思瑞浦CGM动态血糖仪应用方案

06/06 16:20
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传统的血糖仪简称BGM(Blood Glucose Monitor,指尖血糖监测),需要频繁穿刺手指采血,会带来疼痛感且存在潜在感染风险,同时,BGM还存在血糖监测盲区和夜间无法有效监测血糖的问题。对于测量频率不高的二型糖尿病患者,上述问题尚能勉强接受,但对于一型糖尿病患者而言,则带来较大困扰。

为解决上述困扰,新型动态血糖仪CGM(Continuous Glucose Monitoring System,持续血糖监测系统)应运而生。CGM血糖仪在体验上很大程度解决了BGM血糖仪的两个问题,它通过皮下植入传感器的方式,小巧舒适,可以连续7~14天监测血糖变动水平,常见产品形态如下图。

应用于CGM动态血糖仪的思瑞浦产品

血糖测定的原理是通过提取血液中的葡萄糖,与试纸中的葡萄糖氧化酶反应产生的电流来测量血糖,产品多由单节纽扣电池供电,需要持续工作至少两周,所以对内置芯片低功耗要求很高

超低功耗运算放大器

CGM动态血糖仪的芯片方案分为集成AFE和分立两种,分立方案需要一颗运放,用于I/V转换放大和施加激励电源(让酶化反应后的电子流动产生电流),酶化反应电流大小一般在几纳安到几十纳安左右,所以需要运放具有较低的偏置电流Ibias,后面搭配MΩ级别的I/V转换电阻。考虑到电池的寿命,对功耗的要求非常高,另外受限于产品的小体积,封装越小越好,根据不同电极方案的需求运放一般需要2~4通道。

根据不同的可识别分辨率要求,分别推荐思瑞浦的超低功耗芯片TPA5512和TP2112,二者均支持轨到轨的输入和输出。TPA5512的功耗仅有650nA,失调电压低至30uV max,温漂系数更是达到0.025uV/℃,偏置电流Ibias也只有20pA,这一系列参数非常适合高精度的CGM应用。供电范围最低支持1.7V,可以满足1.8V电池直接供电的需求。值得一提的是,TPA5512还支持多种封装形式(SOIC-8、MSOP-8和DFNX2-8),其中DFN小封装非常适合对体积有要求的应用场景。如果对Vos的要求不高(比如通过软件校准),也可以考虑TP2112,功耗仅有500nA,Ibias更是低至1pA,封装包括SOIC-8和MSOP-8,具有非常高的性价比

TPA5512主要参数
  • 供电范围:1.7V~3.6V
  • 通道数量:2-ch
  • 静态功耗:650nA typical
  • 失调电压Vos:30μV max
  • Vos温漂:0.025μV/℃
  • 偏置电流Ibias:20pA typical
  • 带宽 & 压摆率:9kHz & 3mV/μs
  • 噪声指标:354nV/√Hz @100Hz
  • 封装形式:SOIC-8、MSOP-8、DFN2X2-8
TP211x主要参数
  • 供电范围:1.8V~5.5V
  • 静态功耗:500nA typical
  • 失调电压Vos:1.5mV max
  • Vos温漂:0.4μV/℃
  • 偏置电流Ibias:1pA typical
  • 带宽 & 压摆率:10kHz & 6mV/μs
  • 封装形式:SOIC-8、MSOP-8

超低功耗升压芯片Boost

随着电池在使用过程中不断的消耗电量,输出的电压会变得越来越低,这时候就需要一颗升压(Boost)芯片来实现稳定的电压输出并延长电池的使用时间;另外市面上还推出了低至1.5V的电池,更需要Boost抬高电压以供MCU使用。

思瑞浦超低功耗Boost芯片TPQ05100是一颗适用于低压系统的同步型升压转换器输入电压0.9V~5.5V,可支持更低的输入电压,输出电压2.5V~5.5V可调,特有的小封装QFN2X2-6和WLCSP(0.8mmX1.2mm)非常适合对体积有要求的应用。

由于CGM在绝大多数时间都处于休眠状态,只有在固定频率的瞬间开启工作,这也意味着电池供电的负载是PWM脉冲形式而不是常开型,参考如下示意图:

可以看到在几乎超过99%时间芯片都处于休眠状态(静态电流越低,电池使用寿命越长),这时负载仅有μA级,对供电芯片的静态电流要求很高,随后在不到1%的时间负载瞬间冲到mA级。不过这个高电流脉冲往往会伴随着更高的浪涌电流尖峰,这对电池容量和寿命都有很大影响,TPQ05100内部有输入电流限制回路,可有效减小脉冲期间的浪涌电流,提高电池的寿命。 虽然脉冲时间只有ms级,这其中也包含脉冲的建立时间和采样时间,如果可以缩短建立时间,相当于减小了整个脉冲的持续时间,也会大大提高电池的使用寿命,TPQ05100具有非常快速的瞬态响应,可以有效缩短脉冲建立时间,从而实现更快的采样,更低的电流消耗

TPQ05100主要参数
  • 供电范围:0.9V~5.5V
  • 输出范围:2.5V~5.5V(可提供固定输出电压版本)
  • 输出电流:600mA max
  • 静态电流:260nA typical
  • 封装类型:WLCSP-6、DFN2X2-6

超低功耗线性稳压器LDO

电池的电压输出波动会比较大,如果电池直接给运放供电,会对运放的输出精度造成影响,推荐使用思瑞浦超低功耗LDO--TPL710。该款低压LDO具有非常低的静态电流,当负载动态变化时能够做到快速响应,外围稳定仅需2.2μF的陶瓷电容支持限流和过热保护,可极大提高产品可靠性,支持EN控制,可以输出1.0V~3.6V之间的固定电压,有多种封装可以选择,包括SOT23-3、SOT23-5,还有适合小体积需求的DFN1X1-4封装

TPL710Fxx主要参数
  • 供电范围:2.4V~6.0V
  • 输出电流:200mA max
  • 输出精度:1% typical
  • 静态电流:1.4μA typical
  • Dropout Voltage:170mV@200mA
  • PSRR:54dB@1kHz
由于糖尿病患者数量的逐年增加,佩戴舒适且可以持续监控血糖水平的CGM也越来越受到欢迎,其独特的医疗属性,要求测量精确性和质量可靠性缺一不可。思瑞浦在信号链和电源领域深耕多年,产品性能领先,质量管控严格,拥有完善的交付体系,与国内医疗健康领域重要客户均有合作,是您值得信赖的合作伙伴! 

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