血糖監(jiān)測領(lǐng)域 PCB設(shè)計要點：微信號、低功耗與小型化
來源：捷配
時間: 2025/10/20 09:45:40
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血糖監(jiān)測 PCB 設(shè)計的核心是 “平衡測量精度、功耗與體積”—— 不合理的設(shè)計（如信號布線過長、電源管理低效）會導(dǎo)致讀數(shù)偏差、續(xù)航不足或設(shè)備體積過大。設(shè)計需圍繞 “微信號采集優(yōu)化、低功耗電源管理、高密度小型化布局” 三大核心，結(jié)合醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)針對性優(yōu)化，確保滿足血糖監(jiān)測的精準(zhǔn)與便攜需求。?
一、微信號采集 PCB 設(shè)計：減少干擾與損耗?
血糖監(jiān)測的核心是采集 “電極 - 血液反應(yīng)產(chǎn)生的微電流信號（＜1μA）”，PCB 設(shè)計需從 “布線、接地、屏蔽” 三方面減少信號失真：?
- 短路徑布線：?
- 傳感器 / 試紙接口至信號放大芯片（如 AD8233）的布線需＜5mm，線寬 0.2~0.3mm（2oz 銅箔），阻抗控制在 100Ω±3%（阻抗波動過大會導(dǎo)致信號衰減）；?
- 避免布線交叉或平行（平行長度＜3mm），交叉處采用 “垂直交叉”，減少寄生電容（寄生電容＞1pF 會導(dǎo)致微電流信號失真）；?
- 案例：某家用血糖儀 PCB 的信號布線長 8mm，測量誤差達(dá) 18%；縮短至 4mm 后，誤差降至 12%，符合 ISO 15197 標(biāo)準(zhǔn)。?
- 單點接地設(shè)計：?
- 信號地（SGND）、電源地（PGND）、屏蔽地（FGND）在信號放大芯片的 GND 引腳處單點連接，避免接地環(huán)路（環(huán)路面積＞1cm² 會耦合外部干擾）；?
- 微信號回路的接地銅箔需寬（≥1mm），形成 “信號 - 地” 的低阻抗回路，減少噪聲耦合（如 50Hz 工頻干擾）。?
- 電磁屏蔽優(yōu)化：?
- 信號放大模塊 PCB 需做 “局部屏蔽罩”（金屬材質(zhì)，如銅罩），屏蔽外部電磁干擾（如手機信號）；?
- 傳感器接口 PCB 的周圍鋪接地銅箔，與其他模塊間距≥2mm，形成 “隔離帶”，避免電源噪聲串入。?
二、低功耗電源管理 PCB 設(shè)計：延長續(xù)航?
血糖監(jiān)測設(shè)備多為電池供電，電源管理 PCB 的效率直接影響續(xù)航，設(shè)計需聚焦 “降壓效率、待機功耗、負(fù)載匹配”：?
- 選用低功耗電源芯片：?
- 待機時采用 “微功耗 LDO（低壓差穩(wěn)壓器）”，如 TI 的 TPS7A4700，靜態(tài)電流僅 15nA，輸出電壓精度 ±1%，滿足信號芯片的供電需求；?
- 測量時切換至 “高效 DC-DC 轉(zhuǎn)換器”，如 ADI 的 ADP2389，轉(zhuǎn)換效率≥92%（負(fù)載電流 1mA~10mA），減少電能損耗。?
- 電源布線優(yōu)化：?
- 電源線路寬≥0.5mm（2oz 銅箔），減少銅損（1mm 寬 2oz 銅箔的電阻≈0.005Ω/m，銅損 = I²R，1mA 電流時銅損僅 5nW）；?
- 電源芯片靠近負(fù)載（如信號放大芯片），布線＜3mm，避免電壓降（電壓降＞50mV 會導(dǎo)致芯片工作不穩(wěn)定）。?
- 功耗控制策略：?
- CGM 的 PCB 需設(shè)計 “間歇工作模式”：傳感器每 5 分鐘采集 1 次數(shù)據(jù)，采集時喚醒電源模塊（功耗 5mA），其余時間休眠（功耗＜10μA），14 天續(xù)航僅需 100mAh 電池；?
- 家用血糖儀的 PCB 在測量完成后，30 秒內(nèi)進入深度休眠，切斷非必要模塊供電（如顯示屏、無線模塊），待機功耗降至 5μA 以下。?
三、小型化高密度 PCB 設(shè)計：適配便攜需求?
家用血糖儀需掌心大?。s 80mm×50mm），CGM 需貼膚佩戴（約 30mm×20mm），PCB 需通過高密度設(shè)計縮小體積：?
- 元件封裝選擇：?
- 優(yōu)先選用 0201（0.6mm×0.3mm）、01005（0.4mm×0.2mm）封裝的元件，比 0402 封裝體積縮小 50%~75%；?
- 信號芯片選用 QFN 封裝（無引腳，如 AD8233 的 QFN-10 封裝，尺寸 3mm×3mm），比 SOIC 封裝體積縮小 40%。?
- 疊層與過孔設(shè)計：?
- 家用血糖儀 PCB 采用 4 層設(shè)計：Top（信號采集）→GND→Power→Bottom（控制與無線），用盲埋孔代替通孔，減少 PCB 面積（盲埋孔不穿透整個 PCB，可在同一區(qū)域布置更多元件）；?
- CGM 的 PCB 采用 6 層設(shè)計，增加 “獨立屏蔽層”，在縮小體積的同時保障信號精度，如某 CGM PCB 通過 6 層高密度設(shè)計，面積從 40mm×30mm 縮小至 30mm×20mm，仍滿足性能要求。?
- 布局優(yōu)化：?
- 功能模塊 “就近布局”：傳感器接口→信號放大→AD 轉(zhuǎn)換→MCU，形成 “直線信號路徑”，減少交叉布線；?
- 發(fā)熱元件（如 DC-DC 轉(zhuǎn)換器）遠(yuǎn)離溫度敏感元件（如傳感器接口），間距≥3mm，避免溫度漂移影響測量精度（溫度每變化 1℃，血糖測量誤差可能增加 0.5%）。?
廠商通過上述設(shè)計，將 PCB 面積從 35mm×25mm 縮小至 30mm×20mm，同時待機功耗從 15μA 降至 8μA，續(xù)航從 10 天延長至 14 天，滿足用戶需求?？梢姡侠淼脑O(shè)計能在小型化的同時兼顧精度與功耗。
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