美信血糖仪参考设计

　　一、概述

　　现在的血糖仪以及其它家用医疗设备均要求小巧、便携、易于使用。一台好的医疗设备标志是患者可以日常使用，并返回精准的结果。过去几年间，血糖仪的发展趋势是通过减少所需的血液样本最大程度地提高患者的舒适度和便捷性。目前设备的采血样本非常小，可以从不同部位采血。无需从手指采血，从而大大减缓了日常测试带来的痛苦。通过使用更好的血糖试纸、电子器件和高级测量算法，测试结果的精准性得到了提高。其它便捷性包括：快速获得结果、边缘填充试纸和试纸口照明等等。

　　1、血糖仪类型

　　现在，市场上存在连续和离散（单次）测试两种仪器，植入式和无创式仪器正在推进。连续测试血糖仪只能凭处方使用，利用皮下电化学传感器设置测试间隔。单次测试血糖仪使用电化学或光学反射法测量血糖水平，单位为mg/dL或mmol/L。绝大多数血糖仪为电化学仪器。电化学测试试纸具有电极，在数 /模转换器（DAC）提供精确偏压，利用试纸的电化学反应测量与血糖成正比的电流。可能存在一路或多路通道，通常互阻放大器（TIA）将电流转换为电压，然后利用模/数转换器（ADC）进行测量。试纸的满幅电流测量值为10μA至50μA，分辨率小于10nA。由于试纸对温度敏感，所以需要测量环境温度。

　　光学反射试纸利用颜色确定血液的血糖浓度。经过校准的电流通常流过两个发光二极管（LED），该发光二极管交替照射彩色试纸。一个光电二极管监测反射光强度，由试纸颜色确定，而试纸的颜色取决于血液的血糖含量。光电二极管电流通过TIA转换为电压，以利用ADC进行测量。光电二极管的满量程电流范围为1μA至5μA，分辨率低于5nA。此方法需要测量环境温度。

　　2、试纸校准

　　试纸通常需要根据血糖仪进行校准，以便适应试纸的制造差异。通过手动输入编码或插入一包试纸的储存器进行校准。EPROM或EEPROM存储器传送更多信息，与手动输入编码相比具有显著优势。1-Wire®存储器非常适合此类应用，因为每个1-Wire器件所独有的识别码确保使用正确的试纸。

　　一些血氧仪使用的试纸不要求用户编码。有三种方式完成这种"自校准"：严格的生产控制、每个试纸内置校准或在加载仪器的试纸组上进行校准。血糖仪内部的一组试纸还有助于测试，连续测试时无需用户处理和插入。

　　二、系统设计

　　现代血糖仪越来越多地采用触摸屏，提供友好的图形用户界面（GUI），使得编程过程更加直观。对用户输入的视觉、听觉和触觉响应帮助设计人员改善用户体验。Maxim的高级触摸屏控制器提供触觉反馈、触摸处理以降低总线流通量，自主模式实现精确的手势识别。

血糖仪系统框图

　　1、准确度和精度

　　光学反射法和电化学血糖仪需要解析几纳安范围的电流。如果血糖仪要求在生产过程中校准，为了满足血糖仪的误差指标，器件必须具有极低的漏电流和电源电压、温度以及时间漂移。运算放大器的主要技术指标为连接电容式电化学试纸时应具有极低的输入偏置电流（《 1nA）、高线性度和稳定性。对于两种类型的血糖仪，运算放大器通常均配置为TIA。电压基准的主要技术指标包括：温度系数低于50ppm/°C、低时间漂移和良好的线性、负载调节。10位或12位DAC用于设置电化学试纸的偏压并设置光反射法试纸的LED电流。有时，电化学试纸采用比较器，以探测血液何时加入试纸。以节省等待采血期间的功耗，确保反应区域填满血液。血糖仪类型不同，ADC要求也不同，但是大多数要求分辨率不低于14位，并要求低噪声，以实现可重复测试结果。有些应用在ADC前增加可编程增益级，以扩展动态范围，这种情况下可使用12位分辨率。

　　2、温度测量

　　理想情况下，应测量试纸上的血液温度，但是通常测量的是试纸周围的环境温度。温度测量精度随指示类型和化学成分的不同而变化，典型为±1°C 至±2°C之间。利用独立的温度传感器IC或远程热敏电阻或带有PN结的ADC进行温度测量。利用与ADC具有相同参考驱动的半桥配置热敏电阻将提供更准确的结果，因为这种设计消除了所有电压基准误差。远程或内置PN结可利用高精度集成模拟前端（AFE）进行测量。

　　3、电化学试纸配置

　　大多数试纸均为专用配件，且不同血糖仪制造商的试纸有所不同。差异包括试剂配方、电机数量、通道数量和试剂的偏置方式。最简单的配置是自偏置试纸（图1），这种试纸具有两个电极，测量工作电极处的电流，通用电极接地。

　　图1. 自偏置配置的电化学试纸

一个试纸上可以存在多路通道；附加通道用于基准测量、初始血液检测或确保血液已经填满反应区