【成功案例】封装尺寸仅为1.45x1mm运算放大器SGM8605-1实现低功耗、小尺寸静电检测穿戴设计

时间： 2018-09-23 来源：世强

技术问答

微型静电检测手环是能够实时检测人体带电量的一种新型可穿戴设备，它基于静电场强测试原理，佩戴于手腕使用，具有体积小、检测灵敏的特点。除了能够检测人体自身带电强度外，还能检测人体周围带电体的场强，可避免因被动放电引发的事故，这是台式静电检测仪不具备的能力。为了达到最佳的应用体验，静电检测手环要求体积小，续航时间长。因此需要小尺寸、低功耗的解决方案实现。本文将主要介绍SGM8605-1 超小尺寸运算放大器在静电检测穿戴中的应用方案。

本方案主要由SGMicro(圣邦微电子)推出的封装尺寸仅为1.45x1mm的运算放大器SGM8605-1和SiliconLabs推出的超低功耗单片机 EFM8SB10F8G-CSP16组成，原理如图1所示。

图1 可穿戴静电检测手环原理

其中，浮置电极为特定尺寸的金属片，置于手环正面绝缘外壳内部，连接运算放大器负输入端。参考电极为镀金电极，置于手环背面与手腕接触，与人体连接为等电位体。人体带静电后或者周围存在带电物体时，自身电位与环境本底电位产生电势差，这种电势差在人体周围形成静电场。人体和手环在静电场中电荷会重新分布，称为极化现象。而极化的过程需要对浮置电极进行电荷的平衡交换。静电越强，场强则越强，电荷交换也越强。我们将SGM8605-1设计为高增益电荷放大器，用于将浮置电极微弱的电荷变化转换为输出电压的变化，进一步由EFM8SB10F8G-CSP16单片机ADC采集，MCU的ADC窗口检测器实现电压信号触发及峰值检测，MCU将信号强度推算出场强大小并驱动对应LED发出预警和报警提示。手环佩戴者看到提示灯光后，根据警示级别采取相应的措施，避免发生危险。此方案不但可以定性检测人体是否带电，而且可以定量检测带电场强，具有较强的实用和推广价值。

在此方案中，我们之所以选择SGM8605-1是因为以下因素：

· 增益带宽高达12.5Mhz，转换速率达8.5V/μs，只有如此高的性能指标才能对快速变化的电场有很好的响应，可保证细节不会丢失；

· 采用了UTDFN-1.45x1-6L超小型封装，封装尺寸为1.45x1.0mm，特别适合可穿戴设备等对尺寸极其苛刻的场合；

· 高性能的代价是静态工作电流达到1.2mA，令人满意之处在于该芯片设置了使能引脚，芯片关断时电源电流可降至0.5μA，Turn-Off Time和Turn-On Time分别仅为0.4us和7.4us，可通过MCU动态控制功耗，完美的兼顾了高性能与低功耗；

· 电源电压范围：2.1V～5.5V，特别适合微型纽扣电池供电的可穿戴设备。

选择EFM8SB10F8G-CSP16低功耗单片机是由于其具有以下特点：

· 该芯片是业界功耗最低的MCU，休眠唤醒时间<2us，而且内置了16.4kHz的低频振荡器和RTC功能，可周期性唤醒MCU以进一步控制功耗，相比采用其他方案具有更长的续航时间；

· 该芯片是业界封装最小的MCU，采用了CSP16超小型封装，焊盘球距仅0.4mm，封装尺寸为1.65x1.78mm，特别适合可穿戴设备等对尺寸极其苛刻的场合；

· 内置了具有窗口检测器的12-BIT ADC，其10-BIT模式下采样率可达到300ksps，可满足快速采集，窗口检测功能则可以非常简单的实现高速峰值检测；

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全部评论（34）

yichun417 Lv7. 资深专家 2019-07-10

刚好有类似项目要求，可以借鉴一下。
心若向阳 Lv5. 技术专家 2019-04-30

不错，顶！
梦里呼噜 Lv6. 高级专家 2019-04-29

学习
用户83734992 Lv6. 高级专家 2019-04-28

好
CIS0211 Lv7. 资深专家 2019-04-09

用户84786367 Lv8. 研究员 2019-03-25

学习了
蓝黑使者007 Lv7. 资深专家 2019-03-09

学习了
jishizhong Lv9 2019-02-25

不错，厉害
用户85806204 Lv7. 资深专家 2019-02-19

学习
流水 Lv7. 资深专家 2019-01-26

不错

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