Носимые патчи непрерывного мониторинга глюкозы (CGM) трансформируют диагностику диабета и метаболического здоровья, позволяя круглосуточно отслеживать динамику биохимических показателей в интерстициальной жидкости без болезненных проколов пальца. Однако переход к комбинированному мониторингу «глюкоза + кетоновые тела» (для раннего предупреждения диабетического кетоацидоза, DKA) и увеличение срока ношения патча до 14–30 дней ставят перед разработчиками четыре сложнейшие инженерные задачи: регистрация сверхмалых токов биосенсора (разрешение порядка 0,5 нА для кетонов против 3 нА для глюкозы), удержание среднего тока потребления всей системы в пределах нескольких микроампер от миниатюрной батареи, отказ от дорогостоящей индивидуальной калибровки каждого патча на линии и защита кремниевого кристалла WLCSP от фототоков при засветке через тонкий корпус патча.
Для комплексного решения этих задач компания Novosense выпустила специализированную микросхему электрохимического аналогового фронт-энда (AFE) NSA1080. Тракт измерения микросхемы обладает рекордно низким уровнем собственного шума и токов утечки: при сопротивлении обратной связи трансимпедансного усилителя (TIA) Rf = 3,2 МОм среднеквадратичный шум составляет всего 0,5 пА (RMS) в диапазоне температур от +5 до +45 °C. Встроенный 24-разрядный АЦП и программируемый TIA с коэффициентом усиления от 100 кОм до 12,8 МОм работают в паре с двухканальным потенциостатом, поддерживающим два независимых рабочих электрода. Это позволяет на одной микросхеме реализовать одновременное высокоточное измерение концентрации глюкозы и кетонов (либо лактата/мочевой кислоты).
Многоуровневая система управления питанием NSA1080 использует аппаратный автомат состояний, который в паузах между выборками динамически отключает питание TIA, АЦП и источника опорного напряжения, а встроенный аппаратный фильтр скользящего среднего снижает частоту пробуждений основного микроконтроллера. Микросхема поддерживает как прямое питание от литиевых элементов 2,0–3,3 В, так и низковольтное питание 1,2–1,8 В.
Каждая микросхема NSA1080 проходит высокоточную заводскую калибровку коэффициента передачи с остаточной погрешностью не более ±0,1%, что избавляет производителей медицинских приборов от необходимости развёртывания дорогостоящих многоточечных прецизионных источников тока на сборочной линии. Встроенный датчик температуры с точностью ±0,5 °C (в диапазоне +5…+45 °C) обеспечивает температурную компенсацию электрохимической реакции фермента без внешнего термистора. Микросхема выпускается в миниатюрном светонепроницаемом корпусе WLCSP-25 габаритами всего 1,96×1,96 мм со специальным светозащитным покрытием, исключающим операцию заливки чёрным компаундом на производстве, а также в компактном корпусе QFN.
Источник: Novosense · оригинал на novosns.com
