電流鉗大量程測小電流（使用低靜態電流小型器件準確測量生命體）

2023-04-16 10:55:13

眼下，「可攜式未來」似乎近在咫尺，曾經龐大笨重的設備如今已變得輕巧便攜。我在個人電子產品上對此有著親身體會：以前的手機又重又慢，而現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。

我在個人醫療保健應用中也看到了這一趨勢。現在不需要去看醫生就可以檢查生命體徵，一方面是因為血糖監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徵測量設備，血糖監測儀不斷向功耗更低且電池壽命更長的趨勢發展。

血糖監測儀是一種功耗超低的設備，並試圖將靜態電流 (Iq) 降到儘可能低的限值，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。由於血糖監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：血糖檢測儀系統圖

解鎖更高精度

隨著系統功耗降低，保持高精度可能成為一項挑戰，必須確保系統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（例如模數轉換器的過採樣技術）對基準電壓的要求遠高於典型內部電壓基準所能達到的水平，包括提高初始精度、降低溫度係數、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，但 REF35 電壓基準在低功耗方面具有出色的規格。它在 µA 以下的基準電平下具有高精度 (0.05%)、低溫度係數 (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 系列的最大優勢在於其典型值 650nA 的低電源電流規格，以及在運行狀態時可為 ADC 或數模轉換器 (DAC) 拉出和灌入分別高達 10mA 和 5mA 的電流。這樣一來，REF35 在系統採樣時對整體系統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 之間的寬電壓範圍選項，對採用紐扣電池的應用大有裨益。由於輸出電壓範圍寬，您可選擇適當的電壓基準來更好地利用完整的滿量程信號，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。

實現低靜態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，限制器件處於運行狀態時的功耗。這是 TI REF3425 的一個特性，該器件是一個高精度電壓基準，可在關斷模式下實現 2.5µA 的 Iq。也可以使用負載開關關閉系統的各個部分來降低 Iq，從而進一步降低血糖監測儀的待機電流。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 也常用於連續採樣的低功耗監測儀，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每分鐘連續採樣（多達數百次）的同時，仍能保持較小的電池外形尺寸。例如，由於輻射探測器的工作溫度條件惡劣，REF35 在 –40°C 至 105°C 的溫度範圍內具有 12ppm/°C 的低溫漂，可確保在整個溫度範圍內提供精密基準。此外，REF35 採用小尺寸 2.90mm × 1.5mm DBV 封裝，如圖 4 所示。由於外形尺寸小，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。