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电路设计->综合电路图->消费电子电路图->穿戴式血糖测试模块电路分析

穿戴式血糖测试模块电路分析

作者:dolphin时间:2017-04-06

  血糖测试电路分析:为了检测葡萄糖氧化酶和葡萄糖反应所生成的自由电子数,需要在电极两端施加一固定偏压,而后检测该偏压驱动自由电子产生的电流来计算血糖质量浓度值。根据测试片上所涂化学材质的不同,所需要的偏置电压也不相同,本设计中该偏置电压是由液晶驱动模块的VLL1引脚输出的1V稳压通过电阻分压而得,偏置电压在273mV左右。正常人的血液与葡萄糖氧化酶反应后生成的电流大小为nA至μA级别,为了能将该电流量转换成电压量并且准确测量出来,需要信号变换及电压放大电路。 图2所示是由比较器实现的放大电路,使用的是LL16芯片自身所带的比较器模块。比较器的正端接273mV的偏置电压,该偏置电压由LL16的LCD模块提供的VLL1通过R6、R5和R4三个电阻分压而得,滤波电容C4是为了滤除VLL1自身带有的高频噪声,以保证偏置电压的稳定。比较器的负端连接试纸的酶电极,即四号引脚,电极上的自由电子在偏置电压的驱动下定向流动,等效于一个电阻Rx,Rx阻值越小,血糖质量浓度越高,计算出该等效电阻阻值同样可以计算出血糖质量浓度值。

  数据深入分析:待测电阻Rx的阻值范围为18k Ω至300kΩ,3V电池供电最低电压为2.3V左右,为了保证比较器的最大输出不能超出最低供电电压,要求放大电路的放大倍数不能过大,所以取R3为120k Ω,这样当待测电阻为18kΩ时,放大电路的输出电压为2.1V,小于电池供电最低电压。由于设计中放大电路的核心器件是比较器,此电路中比较器输出为方波信号,比较器输出端的电阻R和电容C1就是一阶低通滤波电路,可以将高频方波中的谐波信号滤除,得到一个比较稳定的直流信号;同样为了避免比较器的输出不超过正端极限,R1取值不能过大,同时为了达到比较好的滤波效果,其取值也不 能过小,所以取比较适中的15k Ω。为了尽可能的滤除高频信号,C1的容值不能过小,但是如果C1取值过大,那么比较器负端就会有幅度比较大的纹波。经过实际测试,C1取1 μF可以获得比较好的整体效果。尽管R1和C1组成的滤波电路已经对比较器的输出信号进行了一定程度的滤波,C1正端的信号仍有高频纹波,为了保证血糖质量浓度测量值的准确度和一致性,R2和C2再一次对放大电路的输出信号进行滤波,由于是滤除高频谐波,考虑到电容的最佳滤波频率范围,C2取10 μF,而R2取值10kΩ。

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