低功耗运放+高精度ADC，实现大幅降本的血糖仪解决方案！

发布时间：2025-05-8 阅读量：84 来源: 我爱方案网作者: bebop

血糖监测仪用于确定血液中大致的血糖浓度，是面向1型和2型糖尿病患者的重要家用血糖监测设备。只需一次性试纸上的一小滴血液，该仪器即可读取血液信息并利用这些信息来计算血糖水平。

血液的电导率受血糖含量影响。这种生物现象可以通过电路来建模。可变电阻的压降由电阻的电导率确定。当电导率较高时，压降较低；当电导率较低时，压降较高。这些变化可以使用MPU来分析，以确定血糖浓度并将其显示在LCD显示屏上。可以对血糖监测仪的功能进行扩展，以便与其他设备(例如智能手机、胰岛素注射器或热量计)进行有线或无线通信。该仪器非常适合远程医疗应用和远程患者监护。

作为一款健康相关的医疗器械，血糖仪与其他消费类的可穿戴产品相比，具有独特的设计需求，也提高了开发的技术门槛。想要跨越这些技术门槛，需要将高性能、高可靠，同时具有低功耗和成本优势的元器件选入血糖仪的BOM中。

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工程师在设计血糖仪时，采用的是模拟式的生物传感器，由于前端采集到的传感器的信号比较微弱，所以需要用一款运算放大器对其信号进行放大处理，再经由主控内部ADC进行数据转化。设计中需要用一颗增益带宽积11KHz左右，静态电流小于600nA低功耗高精度运放，这里推荐圣邦微SGM8040-2，这是一款双通道高精度轨到轨运算放大器，可在1.4V至5.5V单电源下工作，提供轨到轨输入和输出操作，同时静态电流仅有550nA。

系统应用框图

圣邦微SGM8040-2

圣邦微电子（SGMICRO）推出了一款支持轨到轨输入和输出操作的高精度运算放大器SGM8040-2，它是双通道运算放大器。可以在低至1.4V的单电源电压下工作，同时每路放大器静态电流的典型值低至600nA，电源电压很宽（1.4V~5.5V），且均属小封装，非常适合电池供电和便携式应用。

SGM8040-2高精度运算放大器在供电电压为5V时增益带宽积的典型值为12kHz，并且单位增益稳定，这些特性使该运算放大器适用于低频应用，例如电池电流监控和传感器调节。

双通道SGM8040-2高精度运算放大器采用绿色环保的SOIC-8和TDFN-2×2-8L封装。它的供电电压范围为1.4V到5.5V，工作温度范围为-40℃至+85℃，可以满足工业级应用的温度要求。

血糖仪作为医疗电子设备，‌其设计和性能直接关系到用户的健康管理。‌随着医疗电子终端设备向智能化和便携化方向发展，‌对MCU的性能提出了更高的要求，‌以确保设备的小型化、‌低功耗和高性能。

实战方案

（1）华大CIU32L0血糖仪解决方案

基于CIU32L0系列（CIU32L041、CIU32L061）超低功耗安全MCU的血糖仪解决方案对血糖的测量采用电化学分析的三电极体系，由内部参考电压源VREFBUF向血糖试纸施加稳定偏置电压，血糖试纸在该偏置电压的作用下产生微电流，经运算放大器放大后输出至内部12位高精度ADC进行血糖信号采集。

血氧仪解决方案硬件框图

该血糖仪解决方案采用两节干电池直接对系统供电，供电电压VDD会随电池电量减少而下降，为解决VDD下降导致的LCD屏幕显示对比度变差的问题，CIU32L0系列超低功耗安全MCU的LCD控制器内部集成了电荷泵，可向LCD提供高于VDD且不随VDD变化的VLCD电压，确保在VDD电压变化时依然保持良好的显示效果。

该系列MCU集成了多个高精度Timer，可使用LXTAL作为其计时时钟源，满足了血糖测量算法对计时稳定性的要求，极大提高了血糖仪产品的测量精度。

CIU32L0系列超低功耗安全MCU Stop模式+RTC走时的功耗低至1.25μA，极大地延长了血糖仪产品的待机时长。同时，该系列MCU优秀的运行功耗特性，满足了单个供电周期内的测量次数的要求。

（3）新唐Nano130 血糖仪应用方案

新唐Nano130 系列提供高性能、低成本、超低功耗 32 位 Arm® Cortex®-M0 内核、运行速度高达 42 MHz、内置 32 位硬件乘法器、低工作电压 1.8V 〜 3.6V 、超低功耗工作模式 ( < 200 微安 / MHz ) 、掉电模式 ( 实时时钟 + LCD 显示打开、内存数据保存 < 10 uA ) 、 ( 实时时钟，内存数据保存 < 2.5 uA ) 、深度掉电模式 ( 内存数据保存 < 1 uA ) 、闪存高达 128 KB和内存内存高达 16 KB，高集成 RTC、液晶显示驱动控制器、12 位 ADC 转换速率高达 2 Msps、内置 12 MHz RC 振荡器和 USB 2.0 全速装置以降低系统 BOM 成本。丰富的外设接口 I²Cx2、SPIx3、UARTx5与防盗拷锁码位功能、 96-bit UID 芯片唯一码、128-bit UCID 客户唯一码、抗干扰能力强 ( ESD 8kV / EFT 4kV）。

方案自带自带LCD驱动，不需要专门的LCD驱动芯片便可实现血糖仪的显示；自带温度传感器，不需要外部测温电路便可实现温度检测功能；可分频的正弦波发生器；自带电压检测，不需要低压检测芯片便可实现电池电量检测功能，并且检测电压2.0~5.3V可调整；有120k Bytes FLASH存储用户程序和数据，并且有额外1k Bytes的用户数据区，不需要外部的数据存储器便可实现用户数据存储，非常契合血糖仪的方案。硬件方面，只需要很少的外围元器件就可以实现血糖仪应用方案。软件方面，新唐Nano130芯片可使用C语言进行软件开发，同时还提供完整的SDK和库函数，方便软件工程师开发，并且有强大的技术团队提供技术支持，有效降低产品研发门槛，可大大缩短项目开发周期。

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