使用低靜態(tài)電流小型器件準(zhǔn)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(shè)備如今已變得輕巧便攜。我在個(gè)人電子產(chǎn)品上對(duì)此有著親身體會(huì)：以前的手機(jī)又重又慢，而現(xiàn)在的手機(jī)不僅外形纖薄，運(yùn)行速度快，而且電池壽命也越來越長。

我在個(gè)人醫(yī)療保健應(yīng)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?yàn)檠潜O(jiān)測儀等設(shè)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(yīng)靈敏的生命體征測量設(shè)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(shè)備，并試圖將靜態(tài)電流 （Iq） 降到盡可能低的限值，因?yàn)樗鼈儽仨毮軌蚴褂猛粔K電池（通常是輕巧的 3V 紐扣電池）進(jìn)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(shí)現(xiàn)電池壽命足以支持 1，000 次測試已然成為一個(gè)問題。這是因?yàn)闊o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(dǎo)致設(shè)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(xiàng)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(zhǔn)。外部電壓基準(zhǔn)通常是實(shí)用的，因?yàn)橛卸囗?xiàng)技術(shù)（例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器的過采樣技術(shù)）對(duì)基準(zhǔn)電壓的要求遠(yuǎn)高于典型內(nèi)部電壓基準(zhǔn)所能達(dá)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(zhǔn)電平。此類要求通常難以在低功耗應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)，但 REF35 電壓基準(zhǔn)在低功耗方面具有出色的規(guī)格。它在 μA 以下的基準(zhǔn)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(zhǔn)

REF35 是一種具有超低功耗的精密電壓基準(zhǔn)。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(yùn)行狀態(tài)時(shí)可為 ADC 或數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 拉出和灌入分別高達(dá) 10mA 和 5mA 的電流。這樣一來，REF35 在系統(tǒng)采樣時(shí)對(duì)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(jì)百分百）

REF35 系列還提供在 1.024V 和5V 之間的寬電壓范圍選項(xiàng)，對(duì)采用紐扣電池的應(yīng)用大有裨益。由于輸出電壓范圍寬，您可選擇適當(dāng)?shù)碾妷夯鶞?zhǔn)來更好地利用完整的滿量程信號(hào)，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(zhǔn)的 ADS7042。

實(shí)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(zhǔn)產(chǎn)品系列還包括多種選項(xiàng)，提供更多降低功耗的方法，其中一個(gè)方法是利用 REF3425 的使能功能，限制器件處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的功耗。這是 TI REF3425 的一個(gè)特性，該器件是一個(gè)高精度電壓基準(zhǔn)，可在關(guān)斷模式下實(shí)現(xiàn) 2.5μA 的Iq。也可以使用負(fù)載開關(guān)關(guān)閉系統(tǒng)的各個(gè)部分來降低 Iq，從而進(jìn)一步降低血糖監(jiān)測儀的待機(jī)電流。圖 3 顯示了幾種常見的低功耗電壓基準(zhǔn)的功耗。

圖 3：幾種 TI 電壓基準(zhǔn)的典型Iq

2.90mm × 1.5mm SOT23-3 電壓基準(zhǔn)

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(gè)人輻射檢測儀和煙霧探測器。此類低功耗應(yīng)用在實(shí)現(xiàn)每分鐘連續(xù)采樣（多達(dá)數(shù)百次）的同時(shí)，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(gè)溫度范圍內(nèi)提供精密基準(zhǔn)。此外，REF35 采用小尺寸 2.90mm × 1.5mm DBV 封裝。由于外形尺寸小，您還可以靈活地添加無源器件進(jìn)行額外噪聲濾除，而且比典型的 SOT23-3 封裝仍要小。

結(jié)語

通過添加像 REF35 這樣的低功耗電壓基準(zhǔn)，就可以提高 ADC 和 DAC 的精度，因此再也不用對(duì)低系統(tǒng)功耗和高系統(tǒng)精度進(jìn)行取舍。無論您面向何種應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，TI 品類豐富的電壓基準(zhǔn)產(chǎn)品系列都能幫助您提高系統(tǒng)精度。