打造高性能连续血糖监测系统，低功耗、高精度阻抗测量很关键！

提到糖尿病，你的第一印象是什么？少吃糖？注射胰岛素？老年人才会得的病？

前不久，娱乐圈明星经纪人杨天真为治疗糖尿病而进行切胃手术，她今年35岁；电竞传奇人物Uzi在事业巅峰期宣布退役，只因糖尿病严重到无法继续支撑职业生涯，他今年23岁……这些都引发了社会对当前我国糖尿病患状况及糖尿病人年轻化的关注。

据世界卫生组织发布的《全球糖尿病报告》：糖尿病已经是一项重要的公共卫生问题，是世界各国需要优先对付的四大非传染性疾病之一。据悉，2020年我国20-30岁人群的糖尿病患病率已达1996年的4倍之多，全国糖尿病患者总人数约1.21亿，占全球总患者数的1/4。

然而，对于糖尿病这种疑难杂症来说，至今并没有实际有效的治愈方式，只能每天通过监测血糖并依靠注射胰岛素来调节血糖水平，保证糖尿病患者的健康生活。虽然大多数糖尿病患者可能已经习惯了这种做法，但这种非连续性的监测需要人为观察血糖水平，会给日常生活带来不便和负担。

目前有一个新的趋势，即从血糖监测(BGM)方法转向连续血糖监测(CGM)系统，这可通过穿戴式传感技术来实现。利用该技术，血糖测量仪器可以全天连续测量血糖水平，同时胰岛素泵会注射所需的胰岛素给患者以保持患者体内血糖的正常水平。由于CGM系统可以完全独立运行，无需任何人为干预，因此可减缓患者因疾病带来的不便以及负担。

提高血糖监测水平，需要低功耗、高精度的阻抗测量

医疗领域最广为人知的液体测量就是血糖测量，在试纸上滴一滴血就能够测出血液中的血糖水平。糖尿病患者就可以根据这个值来调节自身的药物或饮食。随着医疗系统的提升，测量会逐步从单次测量向持续测量发展，以不断监测血糖水平。阻抗测量作为无创式血糖监测中一种重要检测手段，急需高度准确且节能的阻抗测量方法。

用芯片做阻抗测量的技术相对较新。十几年前，ADI推出了首个阻抗分析芯片系列AD5933/AD5934，内部集成了 12 位的 ADC 和 DDS 可以产生交流扫频激励源为待测阻抗产生激励信号；第二代产品 ADuCM350于2015年推出，是一款完整的、纽扣电池供电、高精密MCU集成解决方案。随着可穿戴设备的出现和发展，在极低功耗、尽可能小的尺寸内满足所需的性能水平是对做阻抗测量芯片提出的新挑战。ADI的新一代阻抗分析系列芯片AD594x旨在支持当今的可穿戴市场，满足所有关键要求，包括高精度、小尺寸和低功耗等，并具有多种功率模式，可实现按需测量或连续测量，能有效的支持CGM的血糖监测方案。

血糖等生化测量系统中，需要这样的高精度模拟前端

AD594x系列是一款多功能阻抗分析仪，专为医疗和工业类应用量身定制。该模拟前端在单个芯片内集成了恒电位仪和电化学阻抗谱 (EIS) 功能，从而可在时域和频域中实现传感器测量。该器件具有用于先进传感器诊断的集成化硬件加速器、用于完成准确传感器测量的同类最佳低噪声性能，并专为"始终保持开机"的可穿戴式应用而设计。与那些有局限性、并且需要使用多个 IC 方可实现相似性能的传统分立式解决方案相比，ADI 的单芯片解决方案在系统准确度和尺寸灵活性方面拥有优势，可测量 2 引脚、3 引脚和 4 引脚电化学传感器。对于那些将高精度生物和化学感测作为关键任务的应用 (如工业气体检测、液体分析、材料感测、生命体征监测、阻抗谱和疾病管理等)来说，这是一款理想的解决方案。

生化分析作为阻抗测量中的重要组成部分，在医疗应用中，可以对各种人体液体样品（如血液、尿液或唾液）进行分析。该系统需要一个（可编程）电流源和恒电位仪放大器。电流测量最简单的方式是通过在传感器上施加一个阶跃响应电压来引起化学反应。使用跨阻放大器，测量得到的电流可以代表反应的强度。血糖测量是最常用的一种，它通常用于糖尿病患者的血糖水平分析。在3引脚配置中，电化学电池由发生反应的工作电极(WE)、保持恒定电位的参比电极(RE)和提供反应电流的对电极(CE)组成。AD594x具有非常高的精度和超低功耗，并且可以执行所有必需的安全检查，所以非常适合生化分析应用。

生化分析仪的功能框图

下图显示了采用四线配置将AD5940用于人体绝对阻抗测量的连接方式。对于这种类型的测量，使用高频环路；可编程交流电压发生器提供激励信号。第二个发生器可提供共模电压，以实现正确测量。通过跨阻放大器测量由人体阻抗产生的电流，并采用16位ADC进行转换。该系统能够在最高200 kHz的频率下进行测量，在50 kHz下可提供100 dB的信噪比(SNR)。将数字数据发送到硬件加速器以提取所需数值；即阻抗的实数部分和虚数部分。

AD5940用于生物电阻抗分析的四线连接

作为医疗设备，生物阻抗分析仪必须符合IEC 60601标准。该标准设定了可施加于人体的电压和电流限值。为此，AD5940提供了一个电阻 Rlimit来限制最大电流，并提供了四个耦合电容 CisoX，以防止将直流分量施加于人体上。

结  论

可穿戴电子产品、基于云的即时监测、物联网等都是我们几乎每天都会见到的术语。检测是这些系统非常重要的功能之一，阻抗测量则是更为重要的检测类型之一。生物阻抗测量是一种快速无创评估人体组成和诊断某些类型疾病的低成本通用方法。AD594x的开发旨在满足当前的需求目标，它是一款高性能且灵活的模拟前端，专为阻抗分析、生物化学和电化学应用而设计。高精度、超低功耗和小尺寸的组合开辟了各种新市场和应用，特别是对于便携式和电池供电的系统而言，该器件有着非常巨大的优势。