更低功耗、更小體積，匯頂科技推出AFE+BLE持續(xù)血糖監(jiān)測（CGM）方案

匯頂在上海慕尼黑展示的可穿戴CGM demo，選用了自主研發(fā)的BLE芯片和AFE芯片，PCB板面積僅與1角硬幣相當；通過1.5V氧化銀紐扣電池的供電，支持其低功耗模式待機兩年后，仍可實現14～21天的連續(xù)血糖監(jiān)測。

世衛(wèi)組織稱，當前全球有超過4.6億糖尿病患者。自1980年以來，全球糖尿病患病率幾乎翻了一番，在成年人口中所占比例從4.7%升至8.5%。

而值得注意的是，糖尿病前期患者人數幾乎是患病人數的三倍。長久以來，糖尿病的預防和前期治療都是一個難題。因為傳統的指尖血無法提供連續(xù)準確的血糖監(jiān)測數據，因此對于該疾病的預防和治療也就無從談起。

可穿戴式微創(chuàng)無痛持續(xù)血糖監(jiān)測的方案，近年來開始興起。通過這種更為輕便高效的血糖持續(xù)采集，或可幫助前期患者實時掌握自己的血糖水平，動態(tài)調整自己的運動、食物攝取和胰島素水平，從而預防糖尿病的發(fā)生。而對于已患病人群，動態(tài)血糖儀能夠幫助他們避免病情惡化，改善飲食習慣，實現精準用藥并提高生活質量。

但這種CGM設備在系統方案上還面臨著諸多挑戰(zhàn)，而在這些技術難點上的突破，才能真正地將可穿戴式微創(chuàng)無痛持續(xù)血糖監(jiān)測推向更大眾市場。

持續(xù)血糖監(jiān)測（CGM）設備的設計挑戰(zhàn)

持續(xù)血糖監(jiān)測系統（CGM）包括采集傳感器和監(jiān)視設備兩大部分。采集端包括微創(chuàng)探頭、模擬前端（AFE）和無線數據傳輸三大核心組件。而監(jiān)視設備可以是手表、手機或其他智能設備。探頭通過無痛微創(chuàng)的方式侵入到皮膚之內，將采集到的信號輸送到AFE，AFE進行信號的初步處理和放大，然后將處理后的數據通過BLE傳輸到監(jiān)測主機，完成血糖數據的映射，進行實時血糖數據的記錄、分析并給出建議。

首先在探頭層面，挑戰(zhàn)包括電化學層面采集精度、生物相容性、體液浸潤下的長期穩(wěn)定性等。并非本文的討論重點，因此不再展開。

在AFE方面，挑戰(zhàn)來自信噪比（SNR）、線性和動態(tài)范圍、尺寸功耗成本幾個方面。首先，AFE需要能夠準確地放大微弱的血糖信號，并抑制來自體內和設備外部的噪聲。其次，為實現對于從極低到較高的血糖濃度變化處理，AFE應具有廣泛的動態(tài)范圍和良好的線性響應。最后，對于這種持續(xù)監(jiān)測的場景，芯片的尺寸和功耗也要求更為嚴苛。

在無線連接的部分，其實主要的挑戰(zhàn)也來自于功耗層面，而當前主流的方案均采用的低功耗藍牙進行數據的傳輸。

圖片來源：  "https://my.clevelandclinic.org/"

對于醫(yī)療設備廠商而言，對于探頭的靈敏度和抗干擾性、對于相關算法的調教，通常都是其關鍵的技術護城河。而對于AFE和BLE等芯片進行設計制造，就涉及到了模擬電路的know-how、更高的自研成本投入和較長開發(fā)周期，而且整體自供量的需求也很難將芯片成本平衡下來。因此這一部分就更適合專業(yè)的芯片供應商來做。匯頂已經瞄準了這一市場方向，并在近日的上海慕尼黑上展出了BLE+AFE的CGM demo板。憑借著極小的體積和超低價的功耗，該demo在現場引發(fā)了極大關注。

匯頂CGM方案，助力客戶實現極致設計

現場展示的CGM的demo有兩款，一款是3V供電的demo板，體積和一元硬幣相當，選用的是匯頂的GH7800和GR5331。另一款demo板采用1.5V的氧化銀電池供電，整個demo板的尺寸更小，和一角硬幣相當，其中選用的是匯頂的GH7800和GR5310。

在跟現場的工程師交流過程中我們得知，1.5V CGM這個demo不僅體積小巧，而且功耗極低，待機兩年之后還能用14天（14天的連續(xù)血糖監(jiān)測）。

CGM對于功耗的要求，要比一般的穿戴設備嚴苛的多。“因為這個采集設備生產出來不會說一生產出來馬上就用，但它已經開始供電了。在這種低功耗的模式下面，我們要堅持兩年，兩年之后客戶貼到手/胳膊上去了，啟動它正常工作了，還能夠堅持14~21天，所以這個的功耗要求其實比穿戴要苛刻很多，而且它不能充電?！?

關于這兩款CGM demo上采用的AFE芯片——GH7800，作為最新的AFE產品，主要有以下特性：包括最多支持兩路電化學應用、1.5V工作電壓、適用于CGM和汗液檢測等應用、極小的封裝尺寸——1.8x1.8mm。

此外現場還有展示來自健康傳感器家族的兩個新產品，分別是GH7530Q和GH3300。GH7530Q是3通道ECG AFE，符合IEC60601-2-47標準，支持呼吸阻抗測量。GH7530Q主打的是心電貼和動態(tài)心電圖機等產品應用，此類設備對于體積不是那么敏感，因此該芯片也比GH7800要稍大一些，更方便客戶降低SMT的工藝難度。而GH3300則是一款高集成度、高性能、多模態(tài)模擬前端芯片，支持PPG、ECG、BIA和EDA測量，具有靈活可配置的工作模式，還支持溫度測量。適用于高端智能手表、手環(huán)、多參數監(jiān)控設備、掌上ECG等產品。

特別值得一提的是在藍牙方面，此次匯頂的demo中采用的GR531x也是專為CGM等醫(yī)療健康應用開發(fā)的低功耗藍牙SoC。該芯片內置多項定制功能，例如集成低功耗電源開關，大幅減少產品在倉儲和物流過程中的能耗；支持寬輸入電壓范圍（1.2 V-3.6 V），能夠滿足多樣化的產品需求。

總的來看，通過卓越的低功耗芯片設計和系統優(yōu)化，匯頂此次展示的醫(yī)療健康方案更易實現長續(xù)航目標，幫助降低對系統電池容量的依賴。

結語

持續(xù)血糖監(jiān)測（CGM），有別于其他可穿戴的PPG、ECG和BioZ，應該說是屬于嚴肅醫(yī)療的領域。而此次匯頂推出的CGM方案，可以看作是其從可穿戴健康向嚴肅醫(yī)療領域跨的一小步。通過超小的芯片尺寸，極簡的外圍BOM，匯頂將助力客戶挑戰(zhàn)極致的產品設計。

從當前終端售價上來看，CGM仍難實現大規(guī)模用戶市場的普及。但隨著匯頂芯片方案的推出，我們期待能夠這項新技術真正惠及廣大糖尿病患者。