【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及一种用于测量电化学传感器中的特性的电路系统。
技术介绍
1、电化学传感器广泛用于检测作为氧化或还原电流的一种或多种特定化学物质、分析物。此类传感器包括电化学电池，所述电化学电池由两个或更多个电极组成，所述两个或更多个电极被配置为与其浓度待确定的分析物接触。此类传感器还包括用于驱动所述电极中的一者或多者和用于测量所述电极中的一者或多者处的响应的电路系统。
2、电化学传感器中的常规驱动和测量电路系统包括若干放大器，反馈和/或反馈环路，另外还包括诸如模数转换器(adc)的其他处理电路系统。此类电路系统可以占据芯片上的大量空间，并且相对工艺密集，从而利用大量功率。当电化学传感器由电池供电时，例如当用于连续葡萄糖监测时，期望此类传感器尽可能小并且使用尽可能小的功率。
技术实现思路
1、本公开的实施方案旨在通过减小测量电化学传感器中的分析物浓度所需的驱动和测量电路系统的总功率和大小来解决或至少改善上述问题中的一者或多者。具体地，本公开的实施方案利用电化学电池的滤波特性作为脉宽调制(pwm)电路中的滤波器，因此节省功率和空间两者。通过减小驱动和测量电路系统的大小和功率，可以将多个电化学传感器集成到单个装置中，从而提供冗余或能够感测单个芯片中的多个分析物。多个分析物传感器在诸如连续葡萄糖监测的应用中可能是特别有利的，其中可能期望测量葡萄糖、酮、氧、乳酸盐等的浓度。
2、根据本公开的第一方面，提供了一种用于测量电化学电池的特性的电路系统，所述电路系统包括：比较器，所
3、比较器可以是迟滞比较器。迟滞比较器可以是电压迟滞的或时间迟滞的。
4、电化学电池可以包括至少一个工作电极、对电极和参比电极。比较器输出端可以耦合到对电极。参比电极可以耦合到第二比较器输入端。
5、电化学电池可以包括至少一个工作电极和对电极。比较器输出端可以经由第一阻抗耦合到对电极。对电极可以耦合到第二比较器输入端。
6、第一阻抗可以由电感器提供。替代地，第一阻抗可以由电流数模转换器(idac)提供。idac可以串联设置在比较器输出端与对电极之间。idac可以是单极的或双电极的。替代地，第一阻抗可以由有限脉冲响应数模转换器(fir dac)提供。
7、电路系统还可以包括耦合在比较器输出端与第一阻抗之间的采样保持电路。
8、电路系统还可以包括控制电路系统，所述控制电路系统被配置为基于从比较器输出端得到的比较器输出信号的极限循环频率或极限循环周期来调适比较器的迟滞。
9、电路系统还可以包括解码电路系统，所述解码电路系统被配置为对比较器输出信号进行抽取并输出数据信号。
10、解码电路系统还可以被配置为确定极限循环周期的极限循环频率，并将极限循环频率或极限循环周期输出到控制电路系统。
11、控制电路系统还可以被配置为基于极限循环频率或极限循环周期来估计电化学电池的负载电容。
12、电路系统还可以包括耦合在对电极与工作电极之间的外部电容器。
13、至少一个工作电极可以耦合到参考电压，所述参考电压可以是可变的。
14、电路系统还可以包括多路复用器，所述多路复用器被配置为在对电极与一个或多个附加对电极之间可切换地耦合参考电压。
15、电路系统还可以包括一个或多个附加对电极。在该情况下，电路系统还可以包括用于一个或多个附加对电极中的每一者的附加比较器，每个附加比较器包括附加第一比较器输入端、附加第二比较器输入端和附加比较器输出端。可以在每个附加比较器输出端与每个附加第二比较器输入端之间设置附加反馈路径，所述附加反馈路径被配置为向相应的附加第二比较器输入端提供附加反馈信号。每个附加比较器输出端可以耦合到相应的附加对电极。
16、电路系统还可以包括一个或多个附加工作电极。
17、电路系统还可以包括多路复用器，所述多路复用器被配置为在工作电极与一个或多个附加工作电极之间可切换地耦合参考电压。
18、电路系统还可以包括：附加迟滞比较器，所述附加迟滞比较器用于一个或多个附加工作电极中的每一者，每个附加迟滞比较器包括附加第一比较器输入端、附加第二比较器输入端和附加比较器输出端；附加反馈路径，所述附加反馈路径位于每个附加比较器输出端与每个附加第二比较器输入端之间并被配置为向相应的附加第二比较器输入端提供附加反馈信号，其中每个附加比较器输出端耦合到相应的附加工作电极。
19、比较器和每个附加比较器可以是迟滞的。可以控制比较器和每个附加比较器的迟滞切换，以最小化比较器输出端与每个附加比较器输出端之间的干扰。控制迟滞切换可以包括错开比较器和每个附加比较器的迟滞切换。
20、工作电极或对电极和每个附加工作电极或对电极可以各自被配置为感测不同的分析物。换句话说，电化学电池可以被配置为感测多种不同的分析物。如此，电路系统可以被配置为同时测量多个分析物的浓度。不同的分析物可以选自包括葡萄糖、乳酸盐和酮中的两者或更多者的非穷举列表。这些分析物在糖尿病的监测和治疗中是特别关注的。
21、比较器可以是同步的或异步的。
22、在比较器是异步的实施方案中，电路系统还可以包括计数器，比较器输出端耦合到计数器的数据输入端。为了减小与计数器相关联的量化误差，电路系统还可以包括布置在比较器输出端与计数器的数据输入端之间的压控振荡器(vco)。
23、可以提供偏压电路系统以用于向第一比较器输入端施加偏置电压。偏压电路系统可以包括被配置为接收输入电压并产生偏置电压的滤波器。
24、滤波器可以包括积分器，所述积分器具有用于接收输入电压的第一积分器输入端、第二积分器输入端和积分器输出端。积分器输出端可以经由第一电容耦合到第一比较器输入端和第一积分器输入端。第二积分器输入端可以耦合到第二比较器输入端。
25、可以控制偏置电压以使极限循环频率变化。可以控制极限循环以便在比较器输出端处提供交流电(ac)。可以控制极限循环以便在比较器输出端处提供正弦信号。
26、电路系统还可以包括保持电路系统，所述保持电路系统被配置为将电化学电池的电极保持处于预定电压。保持电路系统还可以被配置为当电化学电池的电极被保持处于预定电压时使比较器断电。
27、在一些实施方案中，可以使用斩波来稳定电路系统以防其部件出现漂移(或dc偏压)。例如，比较器的极性可以每隔一个比较器的切换循环反转。斩波(诸如比较器的极性反转)可以与比较器输出端处的输出信号的上升沿或下降沿同步。优选地，斩波与输出信号的下降沿同步。
28、根据本公开的另一方面，提供了一种包括上述电路系统的电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于测量电化学电池的特性的电路系统，所述电路系统包括：
2.如权利要求1所述的电路系统，其中所述迟滞比较器在电压上迟滞或在时间上迟滞。
3.如前述权利要求中任一项所述的电路系统，其中所述电化学电池包括至少一个工作电极、对电极和参比电极，并且其中所述比较器输出端耦合到所述对电极且所述参比电极耦合到所述第二比较器输入端。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电路系统，其中所述电化学电池包括至少一个工作电极和对电极，其中所述比较器输出端经由第一阻抗耦合到所述对电极。
5.如权利要求4所述的电路系统，其中所述对电极耦合到所述第二比较器输入端。
6.如权利要求4或5所述的电路系统，其中所述第一阻抗包括电感器。
7.如权利要求4或5所述的电路系统，其中所述第一阻抗包括电流数模转换器(IDAC)。
8.如权利要求7所述的电路系统，其中所述IDAC串联设置在所述比较器输出端与所述对电极之间。
9.如权利要求4或5所述的电路系统，其中所述第一阻抗包括有限脉冲响应数模转换器(FIR DAC)。>
10.如权利要求4至9中任一项所述的电路系统，其还包括耦合在所述比较器输出端与所述第一阻抗之间的采样保持电路。
11.如前述权利要求中任一项所述的电路系统，其还包括控制电路系统，所述控制电路系统被配置为基于从所述比较器输出端导出的比较器输出信号的极限循环频率或极限循环周期来调适所述比较器的迟滞。
12.如权利要求11所述的电路系统，其还包括被配置为抽取所述比较器输出信号并且输出数据信号的解码电路系统。
13.如权利要求12所述的电路系统，其中所述解码电路系统还被配置为确定所述极限循环周期的所述极限循环频率，并且将所述极限循环频率或所述极限循环周期输出到所述控制电路系统。
14.如权利要求11至13中任一项所述的电路系统，其中所述控制电路系统还被配置为基于所述极限循环频率或所述极限循环周期来估计所述电化学电池的负载电容。
15.如权利要求3至14中任一项所述的电路系统，当从属于权利要求3时，其还包括耦合在所述对电极与所述工作电极之间的外部电容器。
16.如权利要求3至15中任一项所述的电路系统，当从属于权利要求3时，其中所述至少一个工作电极耦合到参考电压。
17.如权利要求16所述的电路系统，其中所述参考电压是可变的。
18.如权利要求3至17中任一项所述的电路系统，当从属于权利要求3时，其还包括一个或多个附加对电极。
19.如权利要求18所述的电路系统，其还包括多路复用器，所述多路复用器被配置为在所述对电极与所述一个或多个附加对电极之间可切换地耦合参考电压。
20.如权利要求18所述的电路系统，其还包括：
21.如权利要求3至17中任一项所述的电路系统，当从属于权利要求3时，其还包括一个或多个附加工作电极。
22.如权利要求21所述的电路系统，其还包括多路复用器，所述多路复用器被配置为在所述工作电极与所述一个或多个附加工作电极之间可切换地耦合参考电压。
23.如权利要求21所述的电路系统，其还包括：
24.如权利要求18或21所述的电路系统，其中控制所述迟滞比较器和每个附加迟滞比较器的迟滞切换，以最小化所述比较器输出端与每个附加比较器输出端之间的干扰。
25.如权利要求24所述的电路系统，其中控制所述迟滞切换包括交错所述比较器和每个附加比较器的迟滞切换。
26.如前述权利要求中任一项所述的电路系统，其中所述电化学电池被配置为感测多个不同的分析物。
27.如权利要求26所述的电路系统，其中所述不同分析物选自包括葡萄糖、乳酸盐和酮中的两者或更多者的列表。
28.如前述权利要求中任一项所述的电路系统，其中所述比较器是同步的。
29.如权利要求1至27中任一项所述的电路系统，其中所述比较器是异步的。
30.如权利要求29所述的电路系统，其还包括计数器，所述比较器输出端耦合到所述计数器的数据输入端。
31.如权利要求30所述的电路系统，其还包括布置在所述比较器输出端与所述数据输入端之间的压控振荡器。
32.如前述权利要求中任一项所述的电路系统，其还包括用于向所述第一比较器输入端施加偏置电压的偏压电路系统。
33.如权利要求32所述的电路系统，其中所述偏压电路系统包括被配置为接收输入电压并且产生所述偏置电压的滤波器。
34.如权利要求33所述的电路系统，其中所述滤波器...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于测量电化学电池的特性的电路系统，所述电路系统包括：
2.如权利要求1所述的电路系统，其中所述迟滞比较器在电压上迟滞或在时间上迟滞。
3.如前述权利要求中任一项所述的电路系统，其中所述电化学电池包括至少一个工作电极、对电极和参比电极，并且其中所述比较器输出端耦合到所述对电极且所述参比电极耦合到所述第二比较器输入端。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电路系统，其中所述电化学电池包括至少一个工作电极和对电极，其中所述比较器输出端经由第一阻抗耦合到所述对电极。
5.如权利要求4所述的电路系统，其中所述对电极耦合到所述第二比较器输入端。
6.如权利要求4或5所述的电路系统，其中所述第一阻抗包括电感器。
7.如权利要求4或5所述的电路系统，其中所述第一阻抗包括电流数模转换器(idac)。
8.如权利要求7所述的电路系统，其中所述idac串联设置在所述比较器输出端与所述对电极之间。
9.如权利要求4或5所述的电路系统，其中所述第一阻抗包括有限脉冲响应数模转换器(fir dac)。
10.如权利要求4至9中任一项所述的电路系统，其还包括耦合在所述比较器输出端与所述第一阻抗之间的采样保持电路。
11.如前述权利要求中任一项所述的电路系统，其还包括控制电路系统，所述控制电路系统被配置为基于从所述比较器输出端导出的比较器输出信号的极限循环频率或极限循环周期来调适所述比较器的迟滞。
12.如权利要求11所述的电路系统，其还包括被配置为抽取所述比较器输出信号并且输出数据信号的解码电路系统。
13.如权利要求12所述的电路系统，其中所述解码电路系统还被配置为确定所述极限循环周期的所述极限循环频率，并且将所述极限循环频率或所述极限循环周期输出到所述控制电路系统。
14.如权利要求11至13中任一项所述的电路系统，其中所述控制电路系统还被配置为基于所述极限循环频率或所述极限循环周期来估计所述电化学电池的负载电容。
15.如权利要求3至14中任一项所述的电路系统，当从属于权利要求3时，其还包括耦合在所述对电极与所述工作电极之间的外部电容器。
16.如权利要求3至15中任一项所述的电路系统，当从属于权利要求3时，其中所述至少一个工作电极耦合到参考电压。
17.如权利要求16所述的电路系统，其中所述参考电压是可变的。
18.如权利要求3至17中任一项所述的电路系统，当从属于权利要求3时，其还包括一个或多个附加对电极。
19.如权利要求18所述的电路系统，其还包括多路复用器，所述多路复用器被配置为在所述对电极与所述一个或多个附加对电极之间可切换地耦合参考电压。
20.如权利要求18所述的电路系统，其还包括：
21.如权利要求3至17中任一项所述的电路系统，当从属于权利要求3时，其还包括一个或多个附加工作电极。
22.如权利要求21所述的电路系统，其还包括多路复用器，所述多路复用器被配置为在所述工作电极与所述一个或多个附加工作电极之间可切换地耦合参考电压。
23.如权...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·P·莱索，T·井户，
申请(专利权)人：思睿逻辑国际半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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