固定偏壓量測電流應用設計方案

　　一般常見的以固定偏壓方式量測電流訊號，相關應用如：一氧化碳(CO)濃度計、血糖計…等，此類應用廣泛，本文僅以血糖計作為量測說明。

　　一、纮康科技HY11P系列簡介
　　利用測試試紙做為葡萄糖訊號的擷取來源，以固定偏壓方式激發試紙與血液的電化學反應成為電流訊號輸出，再經由纮康科技的單片機“HY11P13 ” 量測電流訊號、運算、數字輸出顯示，如圖 1，以最少的組件達成偏壓式電流量測方案。
?

　　·單片機簡介

　　·8位加強型精簡指令集,共有66個指令包含硬件乘法指令及查表指令
　　·2.0V to 3.6V工作電壓范圍，-40℃~85℃工作溫度范圍.
　　·外部石英震蕩器及內部高精度RC震蕩器，6種CPU工作頻率切換選擇，可讓使用者達到最佳省電規劃
?　　運行模式 300uA＠2MHz
?　　待機模式 3uA@32KHz
　　　休眠模式 1uA
　　·4KWord OTP (One Time Programmable) Type程序內存，256Byte數據存儲器
　　·Brownout and Watch dog Timer，可防止CPU進入死機模式
　　·18-bit 全差動輸入ΣΔADC模擬數字轉換器
　　　內置 PGA (Programmable Gain Amplifier) 及可有1/4 ,1/2, 1. …..128倍10種輸入信號放大倍率選擇
　　　內置輸入零點調整, 可針對不同應用增加其量測范圍
　　　內置高阻抗輸入緩沖器(32以上輸入倍率不適用)
　　　內置絕對溫度傳感器
　　·超低輸入噪聲(<1uVpp)運算放大器, 可提供高輸出阻抗小訊號的放大及小電流的電壓轉換
　　·1.0V低溫飄系數參考電壓源輸出，具有Push-Pull驅動能力，可提供傳感器驅動電壓
　　·10mA低壓差穩壓電源輸出，可有4種不同輸出電壓選擇
　　·4x20 LCD液晶驅動器
　　　Static、1/2、1/3、1/4 Duty及1/3 Bias軟件選擇
　　　內建Charge Pump穩壓線路，提供4種LCD偏壓
　　·8-bit Timer A
　　·16-bit Timer B模塊具Capture/Compare 功能
　　·16-bit Timer C 模塊具PWM/PFD波形產生功能
　　·串行通訊SPI模塊

　　二、血糖試紙簡介
　　由于各家試紙組成成分不同，本文以等效電路作為探討的方向，項目啟動前，必須先了解試紙的等效電路(如圖 3)、電化學反應時間(圖 4)、電流轉換公式…等。

　　·等效電路
?


　　·電化學反應時間
?
　　VR：固定偏壓
　　Reaction time：試紙反應時間
　　Measuring time：試紙量測時間

　　·電流轉換公式
　　范例：
???????
　　I：電流(μA)
　　F(code)：不同試紙會有不同的參數
　　T(t)：溫度系數

　　三、訊號量測
?
　　
　　步驟一：調整R2電阻，透過芯片內部放大器(OP)前置網絡開關，使試紙(Strip)有一固定偏壓，即S1對應ACM電壓為VR，并記錄校正VR值。
　　步驟二：當試紙插入機器，并與血液反應后，試紙阻抗會隨著血糖濃度變化，OP會回授電流，讓S1保持一固定偏壓。
　　步驟三：量測R3電阻的電壓，透過模擬網絡輸入至ΣΔAD量測，并透過CPU算出電流，代入公式換算為血糖值。

　　四、參考線路
?