固定偏压量测电流应用设计方案

固定偏压量测电流应用设计方案

　　一般常见的以固定偏压方式量测电流讯号，相关应用如：一氧化碳(CO)浓度计、血糖计…等，此类应用广泛，本文仅以血糖计作为量测说明。

　　一、纮康科技HY11P系列简介
　　利用测试试纸做为葡萄糖讯号的撷取来源，以固定偏压方式激发试纸与血液的电化学反应成为电流讯号输出，再经由纮康科技的单片机“HY11P13 ” 量测电流讯号、运算、数字输出显示，如图 1，以最少的组件达成偏压式电流量测方案。
 

　　·单片机简介

　　·8位加强型精简指令集,共有66个指令包含硬件乘法指令及查表指令
　　·2.0V to 3.6V工作电压范围，-40℃~85℃工作温度范围.
　　·外部石英震荡器及内部高精度RC震荡器，6种CPU工作频率切换选择，可让使用者达到最佳省电规划
　　运行模式 300uA＠2MHz
　　待机模式 3uA@32KHz
　　　休眠模式 1uA
　　·4KWord OTP (One Time Programmable) Type程序内存，256Byte数据存储器
　　·Brownout and Watch dog Timer，可防止CPU进入死机模式
　　·18-bit 全差动输入ΣΔADC模拟数字转换器
　　　内置 PGA (Programmable Gain Amplifier) 及可有1/4 ,1/2, 1. …..128倍10种输入信号放大倍率选择
　　　内置输入零点调整, 可针对不同应用增加其量测范围
　　　内置高阻抗输入缓冲器(32以上输入倍率不适用)
　　　内置绝对温度传感器
　　·超低输入噪声(<1uVpp)运算放大器, 可提供高输出阻抗小讯号的放大及小电流的电压转换
　　·1.0V低温飘系数参考电压源输出，具有Push-Pull驱动能力，可提供传感器驱动电压
　　·10mA低压差稳压电源输出，可有4种不同输出电压选择
　　·4x20 LCD液晶驱动器
　　　Static、1/2、1/3、1/4 Duty及1/3 Bias软件选择
　　　内建Charge Pump稳压线路，提供4种LCD偏压
　　·8-bit Timer A
　　·16-bit Timer B模块具Capture/Compare 功能
　　·16-bit Timer C 模块具PWM/PFD波形产生功能
　　·串行通讯SPI模块

　　二、血糖试纸简介
　　由于各家试纸组成成分不同，本文以等效电路作为探讨的方向，项目启动前，必须先了解试纸的等效电路(如图 3)、电化学反应时间(图 4)、电流转换公式…等。

　　·等效电路
 


　　·电化学反应时间
 
　　VR：固定偏压
　　Reaction time：试纸反应时间
　　Measuring time：试纸量测时间

　　·电流转换公式
　　范例：
       
　　I：电流(μA)
　　F(code)：不同试纸会有不同的参数
　　T(t)：温度系数

　　三、讯号量测
 
　　
　　步骤一：调整R2电阻，透过芯片内部放大器(OP)前置网络开关，使试纸(Strip)有一固定偏压，即S1对应ACM电压为VR，并记录校正VR值。
　　步骤二：当试纸插入机器，并与血液反应后，试纸阻抗会随着血糖浓度变化，OP会回授电流，让S1保持一固定偏压。
　　步骤三：量测R3电阻的电压，透过模拟网络输入至ΣΔAD量测，并透过CPU算出电流，代入公式换算为血糖值。

　　四、参考线路