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使用低静态电流小型器件准确测量生命体

作者: 时间:2022-10-08 来源:TI 收藏

眼下,“便携式未来”似乎近在咫尺,曾经庞大笨重的设备如今已变得轻巧便携。我在个人电子产品上对此有着亲身体会:以前的手机又重又慢,而现在的手机不仅外形纤薄,运行速度快,而且电池寿命也越来越长。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202210/438828.htm


我在个人医疗保健应用中也看到了这一趋势。现在不需要去看医生就可以检查生命体征,一方面是因为血糖监测仪等设备的尺寸越来越小,可以放在掌心上,而且功耗越来越低。为了给用户提供反应灵敏的生命体征测量设备,血糖监测仪不断向功耗更低且电池寿命更长的趋势发展。


血糖监测仪是一种功耗超低的设备,并试图将静态电流 (Iq) 降到尽可能低的限值,因为它们必须能够使用同一块电池(通常是轻巧的 3V 纽扣电池)进行至少 1,000 次测试。由于血糖监测仪开始需要更多的 Bluetooth® 以及其他无线连接(如图 1 所示),要实现电池寿命足以支持 1,000 次测试已然成为一个问题。这是因为无线连接数量的增加反过来又增加了功耗、降低了电池寿命,因此需要多块纽扣电池 (220mAh) 甚至 AAA 电池 (1,000mAh),这导致设备的尺寸和重量都有所增加。


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图 1:血糖检测仪系统图


解锁更高精度


随着系统功耗降低,保持高精度可能成为一项挑战,必须确保系统精度保持在较高水平;提高精度的一种方法是使用外部电压基准。外部电压基准通常是实用的,因为有多项技术(例如模数转换器的过采样技术)对基准电压的要求远高于典型内部电压基准所能达到的水平,包括提高初始精度、降低温度系数、降低噪声,甚至是不同的电压基准电平。此类要求通常难以在低功耗应用中实现,但 REF35 电压基准在低功耗方面具有出色的规格。它在 µA 以下的基准电平下具有高精度 (0.05%)、低温度系数 (12ppm/°C) 和 3.3ppm 峰峰值最低噪声。


低 Iq 电压基准


REF35 是一种具有超低功耗的精密电压基准。REF35 系列的最大优势在于其典型值 650nA 的低电源电流规格,以及在运行状态时可为 ADC 或数模转换器 (DAC) 拉出和灌入分别高达 10mA 和 5mA 的电流。这样一来,REF35 在系统采样时对整体系统功耗的影响就微乎其微了,如图 2 所示。


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图 2:总功耗开销示例(估计百分百)


REF35 系列还提供在 1.024V 和5V 之间的宽电压范围选项,对采用纽扣电池的应用大有裨益。由于输出电压范围宽,您可选择适当的电压基准来更好地利用完整的满量程信号,从而灵活使用 ADC。更高的输出电压也支持您灵活地为超低功耗 ADC 供电,如使用 AVDD 作为电压基准的 ADS7042。


实现低静态电流的方式不止一种


除 REF35 系列外, 品类丰富的低功耗电压基准产品系列还包括多种选项,提供更多降低功耗的方法,其中一个方法是利用 REF3425 的使能功能,限制器件处于运行状态时的功耗。这是 REF3425 的一个特性,该器件是一个高精度电压基准,可在关断模式下实现 2.5µA 的Iq。也可以使用负载开关关闭系统的各个部分来降低 Iq,从而进一步降低血糖监测仪的待机电流。图 3 显示了几种常见的低功耗电压基准的功耗。 


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图 3:几种 电压基准的典型Iq


2.90mm × 1.5mm SOT23-3 电压基准


REF35 也常用于连续采样的低功耗监测仪,如气体分析仪、个人辐射检测仪和烟雾探测器。此类低功耗应用在实现每分钟连续采样(多达数百次)的同时,仍能保持较小的电池外形尺寸。例如,由于辐射探测器的工作温度条件恶劣,REF35 在 –40°C 至 105°C 的温度范围内具有 12ppm/°C 的低温漂,可确保在整个温度范围内提供精密基准。此外,REF35 采用小尺寸 2.90mm × 1.5mm DBV 封装,如图 4 所示。由于外形尺寸小,您还可以灵活地添加无源器件进行额外噪声滤除,而且比典型的 SOT23-3 封装仍要小。


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图 4:采用 SOT-23 6 引脚封装的 REF35




关键词: TI

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