使用低靜態(tài)電流小型器件準確測量生命體

眼下，“便攜式未來”似乎近在咫尺，曾經(jīng)龐大笨重的設備如今已變得輕巧便攜。我在個人電子產(chǎn)品上對此有著親身體會：以前的手機又重又慢，而現(xiàn)在的手機不僅外形纖薄，運行速度快，而且電池壽命也越來越長。

我在個人醫(yī)療保健應用中也看到了這一趨勢。現(xiàn)在不需要去看醫(yī)生就可以檢查生命體征，一方面是因為血糖監(jiān)測儀等設備的尺寸越來越小，可以放在掌心上，而且功耗越來越低。為了給用戶提供反應靈敏的生命體征測量設備，血糖監(jiān)測儀不斷向功耗更低且電池壽命更長的趨勢發(fā)展。

血糖監(jiān)測儀是一種功耗超低的設備，并試圖將靜態(tài)電流 (Iq) 降到盡可能低的限值，因為它們必須能夠使用同一塊電池（通常是輕巧的 3V 紐扣電池）進行至少 1,000 次測試。由于血糖監(jiān)測儀開始需要更多的 Bluetooth? 以及其他無線連接（如圖 1 所示），要實現(xiàn)電池壽命足以支持 1,000 次測試已然成為一個問題。這是因為無線連接數(shù)量的增加反過來又增加了功耗、降低了電池壽命，因此需要多塊紐扣電池 (220mAh) 甚至 AAA 電池 (1,000mAh)，這導致設備的尺寸和重量都有所增加。

圖 1：血糖檢測儀系統(tǒng)圖

解鎖更高精度

隨著系統(tǒng)功耗降低，保持高精度可能成為一項挑戰(zhàn)，必須確保系統(tǒng)精度保持在較高水平；提高精度的一種方法是使用外部電壓基準。外部電壓基準通常是實用的，因為有多項技術(shù)（例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器的過采樣技術(shù)）對基準電壓的要求遠高于典型內(nèi)部電壓基準所能達到的水平，包括提高初始精度、降低溫度系數(shù)、降低噪聲，甚至是不同的電壓基準電平。此類要求通常難以在低功耗應用中實現(xiàn)，但 REF35 電壓基準在低功耗方面具有出色的規(guī)格。它在 μA 以下的基準電平下具有高精度 (0.05%)、低溫度系數(shù) (12ppm/°C) 和 3.3ppm 峰峰值最低噪聲。

低 Iq 電壓基準

REF35 是一種具有超低功耗的精密電壓基準。REF35 系列的最大優(yōu)勢在于其典型值 650nA 的低電源電流規(guī)格，以及在運行狀態(tài)時可為 ADC 或數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 拉出和灌入分別高達 10mA 和 5mA 的電流。這樣一來，REF35 在系統(tǒng)采樣時對整體系統(tǒng)功耗的影響就微乎其微了，如圖 2 所示。

圖 2：總功耗開銷示例（估計百分百）

REF35 系列還提供在 1.024V 和5V 之間的寬電壓范圍選項，對采用紐扣電池的應用大有裨益。由于輸出電壓范圍寬，您可選擇適當?shù)碾妷夯鶞蕘砀玫乩猛暾臐M量程信號，從而靈活使用 ADC。更高的輸出電壓也支持您靈活地為超低功耗 ADC 供電，如使用 AVDD 作為電壓基準的 ADS7042。

實現(xiàn)低靜態(tài)電流的方式不止一種

除 REF35 系列外，TI 品類豐富的低功耗電壓基準產(chǎn)品系列還包括多種選項，提供更多降低功耗的方法，其中一個方法是利用 REF3425 的使能功能，限制器件處于運行狀態(tài)時的功耗。這是 TI REF3425 的一個特性，該器件是一個高精度電壓基準，可在關(guān)斷模式下實現(xiàn) 2.5μA 的Iq。也可以使用負載開關(guān)關(guān)閉系統(tǒng)的各個部分來降低 Iq，從而進一步降低血糖監(jiān)測儀的待機電流。圖 3 顯示了幾種常見的低功耗電壓基準的功耗。 

圖 3：幾種 TI 電壓基準的典型Iq

2.90mm × 1.5mm SOT23-3 電壓基準

REF35 也常用于連續(xù)采樣的低功耗監(jiān)測儀，如氣體分析儀、個人輻射檢測儀和煙霧探測器。此類低功耗應用在實現(xiàn)每分鐘連續(xù)采樣（多達數(shù)百次）的同時，仍能保持較小的電池外形尺寸。例如，由于輻射探測器的工作溫度條件惡劣，REF35 在 –40°C 至 105°C 的溫度范圍內(nèi)具有 12ppm/°C 的低溫漂，可確保在整個溫度范圍內(nèi)提供精密基準。此外，REF35 采用小尺寸 2.90mm × 1.5mm DBV 封裝，如圖 4 所示。由于外形尺寸小，您還可以靈活地添加無源器件進行額外噪聲濾除，而且比典型的 SOT23-3 封裝仍要小。

圖 4：采用 SOT-23 6 引腳封裝的 REF35