使用低静态电流小型器件准确测量生命体

【导读】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。

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。

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。

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，TI 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 TI 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。 

图 3：几种 TI 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。

图 4：采用 SOT-23 6 引脚封装的 REF35

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