CN107847170A - 分析物传感器 - Google Patents

Abstract

描述了用于测量活体动物内的介质中的分析物的传感器和方法。传感器可以包括可从外部设备接收电力的电感元件。传感器还可以包括电荷存储设备(CSD)和存储器。传感器可以使用从外部设备接收到的电力来执行由外部设备发起的分析物测量，并且使用电感元件将分析物测量结果传送至外部设备。传感器还可以使用机载电荷设备的电力来执行自主分析物测量，并且将自主分析物测量结果存储在存储器中。传感器可以使用电感元件并使用从外部设备接收的电力将一个或多个被存储的分析物测量结果传送至外部设备。传感器可以包括启动自主分析物测量的CSD供电的时钟和CSD供电的测量调度器。

Description

分析物传感器

技术领域

本发明涉及用于获得分析物测量结果的传感器。具体而言，本发明涉及可植入传感器和使用该可植入传感器的改进分析物传感器测量的方法。

背景技术

不具有电荷存储设备的可植入传感器可以仅仅依赖外部设备来获得运行电力(例如，以操作其电路来进行测量并将数据传送到外部设备)。传感器和外部设备均可以包括电感元件(例如，线圈)。当外部设备使用其电感元件生成电动力场并且传感器和外部设备的电感元件被磁耦合在所述电动力场内时，传感器可以从外部设备接收电力。然而，在没有内部电源的情况下，如果传感器并未位于外部设备附近(即，如果传感器和外部设备的电感元件并未耦合在由外部设备生成的电动力场内)，则传感器是休眠的。

例如，不具有电荷存储设备的传感器可以被植入人类患者的手臂中，并且当人类患者佩戴其中具有外部设备的臂带时，传感器可以位于外部设备的附近。当患者佩戴臂带时，传感器将能够进行分析物测量并且将数据传送到外部设备，但是当患者未佩戴臂带时(例如，由于人类患者正在游泳或淋浴)，传感器将不能进行分析物测量，并且结果将是分析物测量信息中的间隙。

因此，需要一种改进的传感器和使用该改进的传感器的改进传感器进行分析物测量的能力的方法。

发明内容

本发明的一个方面可以提供一种用于植入活体动物内并测量该活体动物内的介质中的分析物的传感器。传感器可以包括分析物指示器(indicator)、传感器元件、电感元件、输入/输出电路、测量控制器、以及电荷存储设备。分析物指示器可以被配置为基于介质中的分析物的量或浓度来呈现可检测属性。传感器元件可以被配置为基于由分析物指示器所呈现的可检测属性来生成分析物测量信号。电感元件可以被配置为当其处于由外部设备生成的电动力场中时产生电流。输入/输出电路可以被配置为将测量信息经由电感元件无线地传送到外部设备。测量控制器可以被配置为(i)控制传感器元件以在电感元件并未处于由外部设备生成的电动力场中时使用由电荷存储设备提供的电力来生成第一分析物测量信号；(ii)基于第一分析物测量信号来生成第一测量信息；(iii)控制输入/输出电路以在电感元件处于由外部设备生成的电动力场中时将第一测量信息无线地传送到外部设备。

在一些实施例中，传感器可以包括非易失性存储介质。在一些实施例中，测量控制器可以进一步被配置为将第一测量信息存储在非易失性存储介质中。在一些实施例中，测量控制器可以进一步被配置为：控制传感器元件以在电感元件并未处于由外部设备生成的电动力场中时使用由电荷存储设备提供的电力来生成第二分析物测量信号；基于第二分析物测量信号来生成第二测量信息；将第二测量信息存储在非易失性存储介质中；以及控制输入/输出电路以在电感元件处于由外部设备生成的电动力场中时将第二测量信息无线地传送到外部设备。

在一些实施例中，测量控制器可以进一步被配置为：控制传感器元件以在电感元件处于由外部设备生成的电动力场中时生成第二分析物测量信号；基于第二分析物测量信号来生成第二测量信息；以及控制输入/输出电路以在电感元件处于由外部设备生成的电动力场中时将第二测量信息无线地传送到外部设备。

在一些实施例中，传感器可以包括由电荷存储设备供电的时钟。在一些实施例中，时钟可以是低功率振荡器实时时钟。在一些实施例中，传感器可以包括测量调度器，测量调度器由电荷存储设备供电并且被配置为基于时钟的输出来发出第一自主测量命令，并且测量控制器可以被配置为响应于第一自主测量命令而控制传感器元件生成第一分析物测量信号。在一些实施例中，测量调度器可以被配置为基于时钟的输出而以周期性间隔发出自主测量命令。在一些实施例中，传感器可以包括电力开关，电力开关被配置为响应于第一自主测量命令而将传感器元件、输入/输出电路、以及测量控制器中的一个或多个从由外部供应的电力供电切换为由电荷存储设备供电。

在一些实施例中，输入/输出电路可以包括：电容器；以及调谐电容器组，其被配置为对包括电感元件和电容器的LC谐振回路进行动态调谐并且改变LC谐振回路的谐振频率。在一些实施例中，调谐电容器组可以包括变容二极管。在一些实施例中，输入/输出电路可以包括超温保护电路，所述超温保护电路被配置为控制调谐电容器组以使LC谐振回路失谐，以便在传感器过热的情况下减小由LC谐振回路输送的电力。

在一些实施例中，由分析物指示器所呈现的可检测属性可以是对介质中的分析物的量或浓度做出响应的光学特性，并且传感器元件可以包括：第一光电检测器，其被配置为输出指示由第一光电检测器接收的光量的模拟光测量信号；以及第一光源，其被配置为向分析物指示器发射第一激发光。在一些实施例中，传感器元件可以进一步包括第二光源，其被配置为向分析物指示器发射第二激发光，并且第一激发光和第二激发光可以具有不同的波长。在一些实施例中，传感器元件可以进一步包括第二光电检测器，其被配置为输出指示由第二光电检测器接收的光量的模拟光测量信号。在一些实施例中，传感器可以包括：第一滤光器，其被配置为覆盖第一光电检测器的光敏侧，并且允许具有第一波长的光通过；以及第二滤光器，其被配置为覆盖第二光电检测器的光敏侧，并且允许具有第二波长的光通过，并且第一波长和第二波长可以是不同的。在一些实施例中，第一滤光器和第二滤光器可以被分别涂覆在第一光电检测器和第二光电检测器的光敏侧上。在一些实施例中，传感器可以包括半导体基板，并且第一光电检测器可以被制造在该半导体基板中。

在一些实施例中，输入/输出电路可以包括：整流器，其被配置为将当电感元件处于由外部设备生成的电动力场中时所述电感元件产生的交流电流转换为直流电流；以及充电器，其被配置为使用由整流器生成的直流电流对电荷存储设备进行再充电。在一些实施例中，传感器元件可以包括：光电检测器，其被对称地布置到在所述光电检测器之间延伸的中心线的任一侧上；以及光源，其具有位于中心线上的发射点。在一些实施例中，第一测量信息可以包括标识生成第一测量信息的时间的时间戳。在一些实施例中，传感器可以包括被配置为将模拟分析物测量信号转换为数字分析物测量信号的模数转换器(ADC)。

在一些实施例中，传感器元件可以包括：第一温度换能器，其被配置为输出指示传感器的温度的第一模拟温度测量信号；以及第二温度换能器，其被配置为输出指示传感器的温度的第二模拟温度测量信号。在一些实施例中，电感元件可以是线圈。在一些实施例中，电荷存储设备和半导体基板可以位于所述线圈内。

在一些实施例中，介质可以是组织液、血管内液、或腹腔内液。在一些实施例中，分析物可以是葡萄糖。在一些实施例中，输入/输出电路可以包括监控器，其被配置为检测电荷存储设备的电压是高于阈值还是低于阈值。

本发明的另一方面可以提供一种使用传感器来测量活体动物内的介质中的分析物的方法。所述方法可以包括：控制传感器的传感器元件以在传感器的电感元件并未处于由外部设备生成的电动力场中时使用由传感器的电荷存储设备提供的电力来生成第一分析物测量信号。传感器元件可以被配置为基于由传感器的分析物指示器所呈现的可检测属性来生成第一分析物测量信号，并且分析物指示器可以被配置为基于介质中的分析物的量或浓度来呈现所述可检测属性。所述方法可以包括基于第一分析物测量信号来生成第一测量信息。所述方法可以包括：控制传感器的输入/输出电路以在电感元件处于由外部设备生成的电动力场中时将第一测量信息经由电感元件无线地传送到外部设备。

在一些实施例中，方法可以包括：将第一测量信息存储在传感器的非易失性存储介质中；控制传感器元件以在电感元件并未处于由外部设备生成的电动力场中时使用由电荷存储设备提供的电力来生成第二分析物测量信号；基于第二分析物测量信号来生成第二测量信息；以及控制传感器的输入/输出电路以在电感元件处于由外部设备生成的电动力场中时将所存储的第二测量信息经由电感元件无线地传送到外部设备。在一些实施例中，所述方法可以包括：基于由电荷存储设备供电的时钟的输出来发出自主测量命令；以及响应于所述自主测量命令而将传感器元件从由外部供应的电力供电切换为由电荷存储设备供电。

本发明的另一方面可以提供一种用于植入活体动物内并且测量该活体动物内的介质中的分析物的传感器。传感器可以包括：分析物指示器、传感器元件、测量控制器、非易失性存储介质、电荷存储设备和测量调度器。分析物指示器可以被配置为基于介质中的分析物的量或浓度来呈现可检测属性。传感器元件可以被配置为基于由分析物指示器所呈现的可检测属性来生成分析物测量信号。测量调度器可以由电荷存储设备供电并且被配置为发出自主测量命令。测量控制器可以被配置为：(i)控制传感器元件以便响应于自主测量命令而使用由电荷存储设备提供的电力来生成第一分析物测量信号；(ii)基于第一分析物测量信号来生成第一测量信息；以及(iii)将第一测量信息存储在非易失性存储介质中。

在一些实施例中，传感器可以包括由电荷存储设备供电的时钟，并且测量调度器可以被配置为使用时钟的输出来确定何时发出测量命令。在一些实施例中，传感器可以包括电力开关，其被配置为响应于自主测量命令而将传感器元件和测量控制器中的一个或多个从由外部设备供电切换为由电荷存储设备供电。

本发明的另一方面可以提供一种使用传感器来测量活体动物内的介质中的分析物的方法。所述方法可以包括使用传感器的电荷存储设备来对测量调度器供电。所述方法可以包括使用测量调度器来发出自主测量命令。所述方法可以包括控制传感器的传感器元件，以便响应于自主测量命令而使用由电荷存储设备提供的电力来生成第一分析物测量信号。第一分析物测量信号可以基于由传感器的分析物指示器所呈现的可检测属性，并且分析物指示器可以被配置为基于介质中的分析物的量或浓度来呈现可检测属性。所述方法可以包括基于第一分析物测量信号来生成第一测量信息。所述方法可以包括将第一测量信息存储在传感器的非易失性存储介质中。

在一些实施例中，所述方法可以包括使用电荷存储设备来对时钟供电。使用测量调度器来发出自主测量命令可以包括使用时钟的输出来确定何时发出测量命令。在一些实施例中，所述方法可以包括响应于自主测量命令而将传感器的传感器元件从由外部设备供电切换为由电荷存储设备供电。

下面的本发明的具体实施方式中描述了包含在系统和方法中的进一步的变型。

附图说明

包括在本文中且形成本说明书的一部分的附图示出了本发明的各种非限制性的实施例。在附图中，类似的附图标记表示相同或功能上类似的元件。

图1是体现本发明的方面的分析物监测系统的示意图。

图2A-2C分别示出了体现本发明的方面的电感元件、基板和电荷存储设备配置的顶视图、侧视图和透视图。

图3是示出了体现本发明的方面的分析物传感器的电路的主要功能块的方框图。

图4A和图4B是示出了体现本发明的方面的分析物传感器的电路的功能块的方框图.

图5是示出了在根据一些实施例的传感器的基板上安装或其中制造的一些电路的功能块的方框图。

图6示出了体现本发明的方面的半导体基板的布局。

图7是示出了可以由体现本发明的方面的分析物传感器执行的示例性传感器控制过程的流程图。

具体实施方式

图1是体现本发明的方面的分析物监测系统的示意图。如图1所示，所述系统可以包括分析物传感器100和外部设备101。在一些非限制性实施例中，传感器100可以是可完全植入的分析物传感器。传感器100可以植入在活体动物(例如人体)内。例如，传感器100可以通过静脉注射方式植入在活体动物的手臂、手腕、腿、腹部、腹膜内，或者植入在活体动物的适于传感器植入的其他区域内。例如，在一个非限制性实施例中，传感器100可以植入在皮肤之下(即，植入在皮下组织或腹膜组织中)。传感器100可以被配置为测量活体动物内的介质(例如，组织液、血管内液或腹腔内液)中的分析物(例如，葡萄糖、氧、心脏标志物、低密度脂蛋白(LDL)、高密度脂蛋白(HDL)，或甘油三酯)。

外部设备101可以是电子设备(例如，专用医疗设备、收发器、发射机、智能手机、个人数字助理、平板计算机或其他手持通信设备)，其与传感器100通信，以向传感器100提供电力和/或从传感器100接收测量信息(例如，光电检测器和/或温度传感器读数)。在一些非限制性实施例中，外部设备101可以是手持设备或身体上的/可穿戴的设备。例如，在外部设备101是身体上的/可穿戴的设备的一些实施例中，外部设备101可以通过带子(例如，臂带或腕带)和/或粘合剂(例如，作为生物相容的贴片的一部分)保持到位，并且外部设备101可以向传感器100传送(例如，周期性地，例如每两分钟和/或由用户启动)测量命令(即，对测量信息的请求)。在外部设备101是手持设备的一些实施例中，将外部设备101定位(即，使外部设备101悬置或扫过/挥过/经过)在传感器植入位置之上的范围内(即，在传感器100的附近)可以导致外部设备101自动向传感器100传送测量命令以及从传感器100接收读数。在一些实施例中，外部设备101可以实现被动遥测技术，用以经由电感性磁链而与可植入传感器100进行通信，以便传送电力和/或数据。

在一些实施例中，如图1所示，外部设备101可以包括电感元件103，并且传感器100可以包括电感元件114。在一些非限制性实施例中，电感元件103和114例如可以是线圈。外部设备101的电感元件103和传感器100的电感元件114可以是在使两个电感元件在物理上充分接近时允许实现充足的场强的任何配置。

外部设备101可以生成电磁波或电动力场(例如，通过使用电感元件103)，以便在传感器100的电感元件114中感生电流，该电流可以用于对传感器100供电。外部设备101也可以向传感器100传送数据(例如，命令)。例如，在非限制性实施例中，外部设备101可以通过对用于对传感器100供电的电磁波进行调制(例如，通过对流过外部设备101的线圈103的电流进行调制)来传送数据。由外部设备101生成的电磁波中的调制可以由传感器100检测/提取。此外，外部设备101可以从传感器100接收数据(例如，测量信息)。例如，在非限制性实施例中，外部设备101可以通过检测由传感器100生成的电磁波中的调制(例如，通过检查流过外部设备101的线圈103的电流中的调制)来接收数据。

在一些实施例中，磁性外部设备-传感器链可以被视为“弱耦合变压器”类型。在一些实施例中，磁性外部设备-传感器链可以为使用幅度调制(AM)的数据传送提供能量和/或链路。虽然在一些实施例中，数据传送是使用AM实现的，但是在替代实施例中，也可以使用其他类型的调制。在一些非限制性实施例中，分析物监测系统可以使用13.56MHz的频率，对于电力传送而言，该频率可以实现对皮肤的高穿透并且是在医学上被批准的频带。然而，这不是必须的，并且在其他实施例中，可以将不同的频率用于向传感器100提供电力和/或与传感器100通信。

在一些非限制性的实施例中，如图1所示，传感器100可以装在传感器外壳102(即主体、壳体、胶囊或包装物)内，该外壳可以是刚性和生物相容性的。传感器100可以包括一个或多个分析物指示器106，所述指示器例如可以被聚合物接枝涂覆(polymer graftcoated)、扩散、附接或嵌入在传感器外壳102的外部表面的至少一部分上或中。传感器100的一个或多个分析物指示器106(例如，聚合物接枝)可以包括指示器分子104(例如，荧光指示器分子)，所述指示器分子基于分析物指示器元件附件的分析物的量或浓度来呈现一个或多个可检测属性(例如，光学属性)。

在一些实施例中，传感器100可以包括传感器元件。在一些非限制性实施例中，传感器元件可以包括一个或多个光源108、一个或多个光电检测器224、226，和/或一个或多个温度换能器670。在一些实施例中，一个或多个光源108可以发射处于与指示器分子104相互作用的波长范围内的激发光329。在一些实施例中，一个或多个光电检测器224、226(例如，光电二极管、光电晶体管、光敏电阻器或其他光敏元件)可以生成指示光电检测器接收到的光量的测量信号。光电检测器中的一个或多个(例如，光电检测器224)可以对由指示器分子104发射的发射光331(例如，荧光)敏感，以使得响应于此而由光电检测器(例如，光电检测器224)生成的信号指示出指示器分子的发射光331的水平，以及因此感兴趣的分析物(例如，葡萄糖)的量。在一些非限制性实施例中，光电检测器中的一个或多个(例如，光电检测器226)可以对从分析物指示器元件106作为反射光333反射的激发光329敏感。在一些非限制性实施例中，光电检测器中的一个或多个可以由一个或多个滤波器覆盖，所述滤波器仅允许特定的光波长子集通过(例如，对应于发射光331的波长子集或者对应于反射光333的波长子集)并反射其余的波长。

在一些实施例中，如图1所示，传感器100可以包括基板116。在一些实施例中，基板116可以是电路板(例如，印刷电路板(PCB)或柔性PCB)，在所述电路板上可以安装或者以其他方式附接电路部件(例如，模拟和/或数字电路部件)。然而，在一些替代实施例中，基板116可以是在其中具有制造的电路(例如，使用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺、n型金属氧化物半导体(NMOS)工艺、或者p型金属氧化物半导体(PMOS)工艺)的半导体基板。所述电路可以包括模拟和/或数字电路。另外，在一些半导体基板实施例中，除了在半导体基板中制造的电路之外，电路可以被安装或者以其他方式附接至半导体基板116。换言之，在一些半导体基板实施例中，可以在半导体基板116中制造电路的一部分或者全部，其可以包括离散电路元件、集成电路(例如，专用集成电路(ASIC)和/或其他电子部件(例如，非易失性存储器)，电路的其余部分被固定至半导体基板116，这可以在各种固定的部件之间提供通信路径。

在一些实施例中，传感器100的传感器外壳102、分析物指示器元件106、指示器分子104、光源108、光电探测器224、226、温度换能器670、基板116以及电感元件114中的一个或多个可以包括在公布号为2013/0211213、2014/0018644和2013/0241745的美国专利申请中的一个或多个中描述的特征的一些或者全部，在此通过引用将上述美国专利申请全部并入。类似地，传感器100和/或外部设备101的结构和/或功能可以如公布号为2013/0211213、2014/0018644和2013/0241745的美国专利申请中的一个或多个所描述的。

尽管在一些实施例中，如图1所示，传感器100可以是光学传感器，但这不是必须的，并且在一个或多个替代实施例中，传感器100可以是不同类型的分析物传感器，例如扩散传感器或者压力传感器。

在一些实施例中，传感器100可以包括电荷存储设备(CSD)107。在一些实施例中，电荷存储设备107可以是可再充电电池(例如，锂离子电池)。在一些实施例中，电荷存储设备107可以例如是电池或者电容器或者超级电容器。在一些非限制性实施例中，取决于再充电周期的总数(例如，在500个再充电周期之后，电池107可以下降至其初始容量的80％)，电荷存储设备107可以持续一年或者更久。在一些非限制性实施例中，电荷存储设备107可以具有足够的容量以在期望的时间段内(例如，一天、一个星期、一个月、三个月、六个月、十二个月或者更久)对传感器100供电。在一些实施例中，电荷存储设备107可以对传感器100供电(例如，当传感器100未从外部设备101接收电力时)。在一些实施例中，当在外部设备生成的电动力场中传感器100的电感元件114不与外部设备101的电感元件103耦合时(即，即使当传感器100的电感元件114不与外部设备101的电感元件103位于一处时)，使用电荷存储设备107供应的电力，传感器100可以自主运行并且获得一个或多个分析物测量结果。在一些实施例中，传感器100可以将一个或多个自主分析物测量结果存储在传感器内的存储器中，并且在随后传感器100和外部设备101的的电感元件114和103耦合时，传感器100可以将一个或多个所存储的测量结果传送到外部设备101。

在一些非限制性实施例中，如图2A、2B和2C所示，传感器100的电感元件114、基板116以及电池107可以布置在传感器外壳102中，图2A、2B和2C分别示出了电感元件114、基板116以及电荷存储设备107配置的顶视图、侧视图以及透视图。在一些非限制性实施例中，如图2A-2C所示，电感元件114可以被配置为线圈(例如，平面或者螺旋线圈)，并且基板116和电荷存储设备107可以并排位于线圈内。在一些实施例中，如图2A和2C所示，电感元件114可以被成形为适应并排的基板116和电荷存储设备107的形状。在一些非限制性实施例中，如图2A和2B所示，电感元件114、基板116以及电荷存储设备107的配置可以分别具有0.56英寸的总长度、0.22英寸的总宽度以及0.11英寸的总高度。然而，这不是必须的，并且在一些实施例中，电感元件114、基板116以及电荷存储设备107的配置可以具有不同的总尺寸。电感元件114、基板116以及电荷存储设备107的配置可以装在传感器外壳102内，并且可以配置安装在基板116上或者制造在基板116中的一个或多个光源108，以向位于传感器外壳102的外表面的至少一部分上或其中的一个或多个分析物指示器106发射激发光329(例如，参见图1)。

图3是示出了体现本发明的方面的分析物传感器的电路的主要功能块的方框图。在一些实施例中，如图3所示，安装在传感器100的基板116上或制造在传感器100的基板116中的电路可以包括模拟接口318、测量控制器320、命令解码器322、存储器324、输入/输出(I/O)电路326、测量调度器328以及时钟330中的一个或多个。在一些实施例中，模拟接口318可以包括安装在基板116上或制造在基板116中的一个或者多个传感器元件332。在一些实施例中，传感器100可以替代地或者额外地具有位于基板116外部但经由一个或者多个触点电连接到模拟接口318的一个或多个传感器元件(即，既未安装在基板116上也未制造在基板116中的传感器元件)。

在一些实施例中，I/O电路326可以包括I/O数字电路334和/或I/O模拟电路336。在一些实施例中，电感元件114可以电连接到I/O电路326，其可以使用流过电感元件114的电流以生成用于传感器100的电力并且从传感器100提取数据。I/O电路326还可以通过调制流过电感元件114的电流来传送数据(例如，至外部设备101)。在一些实施例中，I/O电路326可以电连接到电荷存储设备107并且可以使用电荷存储设备107以对传感器100供电(例如，在传感器100未从外部设备101接收电力时)。

在一些实施例中，电荷存储设备(CSD)107可以向时钟330和测量调度器328提供电力。CSD供电的时钟330可以提供连续的时钟，以即使在传感器100未从外部设备101接收电力时驱动传感器100的电路。测量调度器328可以使用时钟330的连续时钟输出以跟踪时间，并且在适当的时候(例如，以诸如每一分钟、每两分钟、每五分钟、每十分钟、每半小时、每一小时、每两小时、每六小时、每十二小时或者每天的周期间隔)发起自主的、自供电的分析物测量。自主分析物测量结果可以存储在存储器324中。在一些实施例中，I/O电路326可以随后在存在外部设备101时(即，当传感器100和外部设备101的电感元件114和103耦合并且由外部设备101生成的电动力场在传感器100的电感元件114中感生电流时)向外部设备101传送一个或多个所存储的测量结果。

图4A-4B是更具体地示出了根据一些实施例的安装在基板116上或制造在基板116中的电路的功能块的方框图。在一些实施例中，如图4A所示，可以为线圈形式的电感元件114可以位于基板116的外部并且可以通过触点COIL1和COIL2连接到I/O模拟电路336。在一些实施例中，I/O模拟电路336可以包括电容器438、钳位/调制器440、整流器442、数据提取器444、时钟提取器446、分频器448、电荷泵450、电荷泵控制器452以及振荡器454中的一个或多个。在一些实施例中，电容器438、钳位/调制器440、整流器442、数据提取器444以及时钟提取器446中的一个或者多个可以通过触点COIL1和COIL2中的一个或多个连接到电感元件114。整流器442可以将电感元件114产生的交流电流转换为可以用于对传感器100供电的直流电流。例如，直流电流可以用于产生一个或多个电压，例如电压VDDA和/或VDDD，所述VDDA可以用于对模拟接口318供电，所述VDDD可以用于对I/O数字电路336、存储器324、测量控制器320、命令解码器322、测量调度器318以及测试接口476中的一个或多个供电。在一个非限制性实施例中，整流器442可以是肖特基二极管；然而，在一些替代实施例中可以使用其他类型的整流器。在一些实施例中，数据提取器444可以从电感元件114产生的交流电流中提取数据。在一些实施例中，时钟提取器446可以从电感元件114产生的交流电流中提取具有频率(例如，13.56MHz)的信号。在一些实施例中，分频器448可以对时钟提取器446输出的信号的频率进行分频。例如，在非限制性实施例中，分频器448可以包括4：1分频器，其接收具有频率(例如，13.56MHz)的信号作为输入并且输出具有等于输入信号的频率的四分之一的频率(例如，3.39MHz)的信号。在一些实施例中，分频器448可以输出时钟提取器446的分频输出或振荡器454的输出至I/O数字电路336。在一些实施例中，整流器442的输出可以通过触点VSUP和VSS连接到一个或多个电容器468(例如，一个或多个调节电容器)。

在一些实施例中，如图4A所示，I/O模拟电路336可以包括调谐电容器组460和超温保护电路462中的一个或多个。在一些实施例中，调谐电容器组460可以动态调谐(或失谐)包括电感元件114和电容器438的LC谐振回路并且从而改变LC谐振回路的谐振频率。在一些实施例中，调谐电容器组460可以改变传感器100的LC谐振回路的谐振频率，以补偿外部设备101的失谐，以补偿传感器100置于其中的环境所导致的传感器100的失谐(例如，患者相关的失谐)，和/或改变传送至传感器100的电力的量。在一些非限制性实施例中，调谐电容器组460可以包括变容二极管(即，压控电容器)，其可以用于以电子和编程的方式改变传感器100的调谐(例如，用于优化传感器100与外部设备101之间的通信链路)。在一些非限制性实施例中，超温保护电路462可以控制调谐电容器组460，以使传感器100失谐，并且从而在传感器100过热的情况下(例如，在对电荷存储设备107充电期间过热)减小递送至传感器100的电力的量。

在一些实施例中，如图4A中所示，I/O模拟电路336可以包括CSD充电器456、电荷泵450和电荷泵控制器452中的一个或多个。在一些实施例中，CSD充电器456可以使用由外部设备101供应的电力对电荷存储设备107进行充电和/或再充电。在一些实施实例中，CSD充电器456可以提供针对不同电荷存储设备选项的可变阈值电压。在一些非限制性实施例中，CSD充电器456可以使用恒定电流充电模式来提供电荷存储设备充电的快速方法，而不牺牲电荷存储设备107的容量和寿命。在一些实施例中，电荷泵450可以产生电压VLED，所述电压VLED被用于对一个或多个光源108供电。在一些实施例中，电荷泵450可以额外地或备选地产生电压VCP，所述电压VCP由CSD充电器456使用以对电荷存储设备107进行充电。在一些实施例中，电荷泵控制器452可以控制电荷泵450是否产生被用于对电荷存储设备107充电的电压VCP。在一些实施例中，电荷泵控制器452的控制可以取决于电压VSUP，所述电压VSUP是经由电感元件114和整流器442被供应到传感器100的电压。例如，在一些非限制性实施例中，电荷泵控制器452可以仅在外部设备101正通过在电感元件114中感应出电流而向传感器100供电时，控制电荷泵仅产生被用于对电荷存储设备107充电的电压VCP，传感器100的I/O模拟电路336使用所述电流来生成电压VSUP。

在一些实施例中，I/O模拟电路336可以包括时钟控制器458。时钟控制器458可以重置测量调度器328。

在一些实施例中，如图4A中所示，I/O模拟电路336可以包括电力开关464。电力开关464可以在由电荷存储设备107提供的CSD电力与由外部设备101经由传感器100的电感元件114和整流器442提供的外部供应的电力之间切换。在一些非限制性实施例中，电力开关464可以将传感器100的部件从由通过整流器442使用在电感元件114中感应的电流产生的电压VSUP供电切换为由通过电荷存储设备107产生的电压VBAT供电。

在一些实施例中，电力开关464可以响应于由测量调度器328启动的自主测量命令而将传感器100切换为从板上电荷存储设备107的电力对其自身进行供电。例如，在一些实施例中，当传感器100不接收来自外部设备101的电力时，传感器100可能处于睡眠模式中。在睡眠模式中，没有电力会被供应到I/O数字电路336、命令解码器322、存储器324、测量控制器320和模拟接口318中的一个或多个。然而，在睡眠模式中，至少时钟330和测量调度器328将接收来自电荷存储设备107的电力。测量调度器328可以使用CSD供电的时钟330来确定何时启动自主测量。在一些实施例中，响应于来自测量调度器328的自主测量命令，电力开关464可以将传感器100切换到电荷存储设备107的电力。在一些实施例中，I/O数字电路336、命令解码器322、存储器324、测量控制器320和模拟接口318中的一个或多个然后将由电荷存储设备107供电。在一些非限制性实施例中，当传感器100被切换到电荷存储设备107的电力时，电压VBAT(代替电压VSUP)可以被用于产生对传感器100供电的电压(例如，电压VDDA、VDDD和VLED)。以这种方式，测量调度器328能够通过发布测量命令来唤醒传感器100，所述测量命令使得电力开关464将传感器100切换到电荷存储设备107的电力。

在一些实施例中，如图4A中所示，I/O模拟电路336可以包括CSD监测器466，所述CSD监测器被配置为监测由电荷存储设备107产生的电压VBAT，并且提供关于电荷存储设备107的电荷水平的反馈。例如，在一些非限制性实施例中，CSD监测器466可以指示电压VBAT对传感器操作而言是否足够，并且电力开关464可以仅在CSD监测器466指示电压VBAT对传感器操作而言是足够的时将传感器100切换到CSD电力。在一些非限制性实施例中，CSD监测器466可以通过将电压VBAT与操作阈值电压进行比较来确定电压VBAT对传感器操作而言是否足够。在一些非限制性实施例中，CSD监测器466可以指示电荷存储设备107是否被完全充电，并且CSD充电器456可以被配置为在电荷存储设备107被完全充电时停止对电荷存储设备107充电。在一些非限制性实施例中，CSD监测器466可以通过将电压VBAT与完全充电阈值电压进行比较来确定电荷存储设备107是否被完全充电。在一些非限制性实施例中，测量调度器328可以基于如由CSD监测器466指示的电荷存储设备107的电荷水平来调节进行自主测量的频率。例如，在一个非限制性实施例中，如果CSD监测器466指示电荷存储设备107的电荷水平为低，则测量调度器328可以调节进行自主测量的频率

在一些实施例中，如图4A中所示，I/O数字电路334可以包括解码器470、编码器472和协议状态机474中的一个或多个。解码器470可以对由数据提取器444从由电感元件114产生的交流电流提取的数据进行解码。命令解码器322可以接收由解码器322解码的数据，并且可以对来自于其的命令进行解码。在一些非限制性实施例中，命令解码器322可以包括状态寄存器。在一些实施例中，编码器472可以接收来自命令解码器322的数据并且对所述数据进行编码。在一些实施例中，解码器470和编码器472可以根据如由协议状态机474指定的通信协议(例如，曼彻斯特或8B/10B)对数据进行解码和编码。在一些非限制性实施例中，I/O数字电路336可以包括两组或更多组编码器和解码器，其中，每组具有其自身的协议状态机。以这种方式，传感器100可以能够使用多于一个通信协议来传送和接收信息。

在一些实施例中，如图4A中所示，I/O模拟电路336的箝位器/调制器440可以接收由编码器472编码的数据，并且可以根据编码的数据对流动通过电感元件114的电流进行调制。以这种方式，编码的数据可以作为经调制的电磁波由电感元件114无线地传送。传送的数据可以由外部读取设备101通过例如测量外部读取设备的线圈中的通过经调制的电磁波感应出的电流来检测。此外，通过根据编码的数据调制流动通过电感元件114的电流，甚至在电感元件114正被用于产生用于传感器100的操作电力时，编码的数据也可以作为经调制的电磁波由电感元件114无线地传送。在一些非限制性实施例中，由电感元件114接收的通信和/或由电感元件114传送的通信可以是射频(RF)通信。尽管，在图示的实施例中，传感器100包括单个电感元件114，但是传感器100的一些备选实施例可以包括两个或更多电感元件(例如，一个线圈用于数据传送，并且一个线圈用于电力和数据接收)。

在一些实施例中，存储器324可以是非易失性存储介质。在一些非限制性实施例中，存储器324可以是电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。然而，在一些备选实施例中，可以使用其他类型的非易失性存储介质，诸如闪速存储器。在一些实施例中，存储器324可以是20乘1024比特存储器，但这不是必须的，并且在一些备选实施例中，存储器324可以是不同尺寸的。在一些非限制性实施例中，存储器324可以包括地址解码器。在一些实施例中，存储器324可以存储在存储器100从现场电荷存储设备(例如，电荷存储设备107)供电时自主生成的测量信息和/或响应于在传感器100正从外部设备101接收电力时从外部设备101接收的测量命令而生成的测量信息。在一些实施例中，存储器324可以额外地或备选地存储识别何时测量数据被生成的一个或多个时间戳、传感器校准数据、唯一传感器标识、设置信息和/或集成电路校准数据。在一些非限制性实施例中，唯一标识信息可以例如通过其产生和随后的使用实现传感器100的完全可跟踪性。在一些实施例中，存储器324可以从命令解码器322接收写入数据(即，要被写入到存储器324的数据)，并且可以将读取数据(即，从存储器324读取的数据)供应到命令解码器322。在一些非限制性实施例中，存储器324可以具有集成的电荷泵和/或可以被连接到外部电荷泵。

在一些实施例中，如图4B中所示，模拟接口318可以包括电流源478、一个或多个光源驱动器480、模数转换器(ADC)482、信号多路复用器(MUX)484、比较器486、一个或多个光电检测器488(例如，光电检测器224和226)和/或一个或多个温度换能器490和492。在一些非限制性实施例中，比较器486可以是互阻抗放大器(TIA)。然而，这不是必须的，并且在一些实施例中，比较器486可以是不同类型的比较器。在非限制性实施例中，温度换能器490和494762中的一个或多个可以是基于带隙的温度换能器。然而，在一些备选实施例中，可以使用不同类型的温度换能器，例如，热敏电阻或电阻式温度检测器。在一些非限制性实施例中，模拟接口318可以包括用于高可靠性操作和用于具有更高概率的温度误差/故障的检测的两个温度换能器490和492。在一些非限制性实施例中，第二温度换能器492可以是与第一温度换能器490相同的冗余温度换能器，并且可以用于温度合理性/诊断目的。在一些实施例中，一个或多个温度换能器490和492可以被制造在基板116中或者被安装在半导体基板116上。一个或多个温度换能器490和492可以输出指示传感器100的温度的模拟温度测量信号。

在一些实施例中，如图4B中所示，一个或多个光电检测器488可以制造在基板116中或安装在基板116上。在一些实施例中，所述一个或多个光电检测器488可以包括光电检测器阵列，光电检测器阵列包括例如八个光电检测器。在一些非限制性实施例中，所述一个或多个光电检测器可以是交错的。在一些非限制性实施例中，一个或多个光电检测器可以具有优化的紫外线灵敏度。在具有多个光电检测器的一些非限制性实施例中，光电检测器488可以被自由地分配为信号光电检测器(例如，光电检测器224)或者被分配为参考光电检测器(例如，光电检测器226)。在一些非限制性实施例中，光电检测器488中的一个或多个可以被包覆有一个或多个光学滤波器。在一些实施例中，基板116可以包括一个或多个触点，例如，如触点PDEXT1、PDEXT2、PDEXT3、以及PDEXT4，用于电连接基板116外部的一个或多个光电检测器。所述一个或多个外部光电检测器触点可以连接到光电检测器输入电路494，光电检测器输入电路494可以例如放大外部光电检测器输入和/或提供其他信号处理。

在一些实施例中，一个或多个光源驱动器480可以使用由电流源478提供的电流来驱动一个或多个光源108。在一些实施例中，传感器100的一个或多个光源108可以包括第一光源(例如，UV光源)和第二光源(例如，蓝光源)。在一些实施例中，一个或多个光源驱动器480可以包括用于驱动第一光源的第一光源驱动器496和用于驱动第二光源的第二光源驱动器498。在一些实施例中，如图4B中所示，第一和第二光源可以安装到基板116并且经由触点LED1C和LED2C连接到基板116。然而，这不是必需的，并且在一些替代实施例中，第一和第二光源中的一个或多个可以被制造在基板116中。在一些非限制性实施例中，一个或多个光源驱动器480可以包括用于驱动一个或多个外部光源(即，传感器100的不是安装在基板116上或制造在基板116上的一个或多个光源)的一个或多个外部光源驱动器402和404。在一些非限制性实施例中，所述一个或多个光源可以利用使用电荷泵450生成的电压VLED来供电。在一些实施例中，一个或多个光源驱动器480可接收来自测量控制器320的光源选择信号，测量控制器320识别一个或多个光源108中的哪一个应由所述一个或多个光源驱动器480驱动。

在一些实施例中，电流源478可以接收来自测量控制器320的信号，所述信号指示要以其驱动光源108的光源电流，并且电流源478可相应地提供电流。一个或多个光源108可以根据来自一个或多个光源驱动器480的一个或多个驱动信号从发射点发射辐射。辐射可以激发分布在传感器壳体102的外表面的至少一部分上的一个或多个分析物指示器106中的一个或多个指示器分子104。一个或多个光电检测器488(例如，第一和第二光电检测器224和226)可以各自输出指示由光电检测器接收的光的量的模拟光测量信号。例如，第一光电检测器224可以输出指示由第一光电检测器224接收的光的量的第一模拟光测量信号，并且第二光电检测器226可以输出指示由第二光电检测器226接收的光的量的第一模拟光测量信号。

在一些实施例中，如图4B中所示，模拟接口318可以包括输入多路复用器406。输入多路复用器406可以接收由一个或多个光电检测器488和任何外部光电检测器输出的模拟光测量信号。在一些实施例中，在测量控制器320的控制下，输入多路复用器406可以选择一个或两个模拟光测量信号以导通到比较器486。在一些实施例中，比较器486可以对从输入多路复用器406接收的一个或多个模拟光测量信号进行放大和/或比较。例如，在一些非限制性实施例中，输入多路复用器406可以分别选择来自第一和第二光电检测器224和226的第一模拟光测量信号和第二模拟光测量信号，并且输出指示第一和第二模拟光测量信号之间的差异的模拟光差异测量信号。

在一些实施例中，如图4B中所示，模拟接口318可以包括采样和保持(S&H)测量电路408。S&H测量电路408可以接收模拟光测量信号中的一个或多个或模拟光差异测量信号，并提供短期测量结果(例如，在相应的光源108已被关闭之后不久的有效光电流的样本)。在一些非限制性实施方案中，分析物监测系统可以使用该测度来分析分析物指示器106的动态磷光，以便确定老化效应。

在一些实施例中，如图4B中所示，信号MUX 484可以接收来自一个或多个温度换能器490和492的一个或多个模拟温度测量信号，来自一个或多个光电检测器488(和/或来自任何外部光电检测器)的一个或多个模拟光测量信号，来自比较器486的模拟光差异测量信号，和/或来自S&H测量电路408的一个或多个模拟短期测量结果。在一些实施例中，在测量控制器320的控制下，信号MUX 484可以选择接收到的信号中的一个并将所选择的信号输出到ADC 482。ADC 482可以从信号MUX 484接收所选择的模拟信号，将接收到的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号提供给测量控制器320。以这种方式，ADC 482可以将所述一个或多个模拟温度测量信号，所述一个或多个模拟光测量信号，所述模拟光差异测量信号和/或所述一个或多个模拟短期测量结果分别转换为一个或多个数字温度测量信号，一个或多个数字光测量信号，数字光差异测量信号和/或一个或多个模拟短期测量结果。在一些实施例中，ADC 482可以一次一个地将数字信号供应给测量控制器320。在一些非限制性实施例中，ADC 482可以是16位ADC，并且ADC 482可以具有例如2ms转换时间。然而，这不是必需的，并且一些备选实施例可以使用不同的ADC。

在一些非限制性实施例中，传感器100的电路可以包括场强测量电路。在一些实施例中，场强测量电路可以是I/O模拟电路336，I/O数字电路334或测量控制器320的一部分，或场强度测量电路可以是单独的功能部件。场强测量电路可以测量接收的(即，耦合的)电力(例如，以毫瓦为单位)。传感器100的场强测量电路可以产生与传感器100的电感元件114与外部设备101的电感元件103之间的耦合强度成比例的耦合值。例如，在非限制性实施例中，所述耦合值可以是与耦合的强度成比例的电流或频率。

在一些非限制性实施例中，如图4A中所示，I/O模拟电路336的箝位器/调制器440通过提供与场强成比例的值(例如，I_耦合)来充当场强测量电路。如图4B中所示，可以将场强值I_耦合提供为给信号MUX 484的输入(例如，经由输入多路复用器406)。当被选择时，信号MUX484可以将场强值I_耦合输出到ADC 482。ADC 482可以将从信号MUX 484接收的场强值I_耦合转换为数字场强值信号，并且将所述数字场强信号提供给测量控制器320。以此方式，可以使场强测量结果对测量控制器320可用(例如，用于确定场强是否足以执行从外部设备101接收到的测量命令或用于启动基于动态场对齐的分析物测量命令触发器)。

在一些实施例中，如图4A所示，测试接口476可以安装在基板116上或者制造在基板116中。在一些实施例中，测试接口476可以实现基板116的晶片级生产测试。在一些非限制性实施例中，测试接口476可以是SPI压胶的接口(即，无线通信接口)。在一些非限制性实施例中，测试接口476可以经由一个或多个触点接收信号，并且可经由一个或多个触点输出信号。测试接口476可以经由命令解码器322与测量控制器320通信。

图5是图示根据一些实施例的安装在基板116上或者制造在基板116中的电路中的一些的功能块的框图。在一些实施例中，如图5中所示，命令解码器322、存储器324的地址解码器和测试接口476中的一个或多个可以是I/O数字电路334的一部分。

在一些实施例中，如图5中所示，测量调度器328可以向命令解码器322发出自主测量命令，命令解码器322可对命令进行解码和/或将命令发送到测量控制器320。测量控制器320可以控制模拟接口318的传感器元件332来执行自主的分析物测量，并且自主分析物测量的结果可以存储在存储器324中。

图6图示了根据本发明的非限制性实施例的基板116的布局，其中，基板116是半导体基板。在一些非限制性实施例中，基板116可以具有大约6010μm的长度和大约1610μm的宽度。然而，这不是必需的，并且在一些替代实施例中，基板116可以具有不同的长度和/或不同的宽度。在一些实施例中，如图6中所示，可以在半导体基板116中制造八个光电检测器488(例如，光电检测器224和226)，并且基板116可以具有用于安装第一和第二光源108(例如，UV光源和蓝光源)的光源安装焊盘610a、610b、612a和612b。然而，这不是必需的，并且在一些替代实施例中，基板116可以具有在其中制造的不同数量的光电检测器488，光电检测器488可以安装在基板116上，而不是在其中制造，基板可以具有不同的数量的光源安装焊盘(例如，用于一个或三个光源的安装焊盘)，和/或光源108可以制造在基板116中，而不是安装在其上。在一些非限制性实施例中，光源安装焊盘610a、610b、612a和612b可以连接到安装在基板116上的光源108的阳极和阴极。

在一些非限制性实施例中，光电检测器488可以对称地形成在基底116的中心线的每一侧。在一些实施例中，光源安装焊盘610a、610b、612a和612b可以被配置为使得光源108在被安装在光源安装焊盘610a、610b、612a和612b时，光源108的发射点在贯穿在光电检测器488之间的中心线上对齐。类似地，在其中光源108被制造在基板116中的一些实施例中，所制造的光源108的发射点在贯穿在光电检测器488之间的中心线上对齐。在一些实施例中，对称光电检测器488的制造(即，相对于光源发射点是对称的光电检测器488)可以实现双通道，所述双通道与通过使用分离部件所能够实现的(例如，光电检测器被安装在半导体基板116上)相比，更接近于彼此相同。几乎相同的光电检测器通道可以提高传感器测量的准确度。这一点在如下情况下尤其如此：当在一些实施例中，几乎相同的双光电检测器通道被分别用作信号信道和参考信道。

在一些实施例中，如图6所示，光电检测器488可以围绕光源安装焊盘610a、610b、612a和612b。在一些非限制性实施例中，在光源安装焊盘610a、610b、612a和612b上面和下面的光电检测器488可以大于在光源安装焊盘610a、610b、612a和612b左边和右边的光电检测器488。然而，这不是必须的，并且在一些替代实施例中，所有光电检测器488都具有相同的大小。

光电检测器488在硅基板116上的布局不受限于图6中示出的实施例。一个或多个替代实施例可以使用不同的光电检测器布局。

图7是示出了可以由分析物传感器100执行的传感器控制过程的非限制性实施例的流程图。在一些实施例中，传感器控制过程可以开始于步骤702，在步骤702处，传感器100进入睡眠(即，休眠)模式。在一些实施例中，在睡眠模式下，不向以下各项中的一项或多项供电：I/O数字电路336、命令解码器322、存储器324、测量控制器320和模拟接口318，但是电荷存储设备107可以对至少时钟330和测量调度器328供电。

在一些实施例中，传感器控制过程可以包括具有如下操作的步骤704：通过将外部设备101的电感元件103和传感器100的电感元件114在电动力场内耦合来向传感器100供电。如果向传感器100供电(即，如果电感元件103和114在电动力场内耦合)，则传感器控制过程可以继续进行到步骤706。然而，如果不向传感器100供电(或提供不足够的电力)，则传感器控制过程可以继续进行到步骤716。

在一些实施例中，传感器控制过程可以包括具有如下操作的步骤706：使用外部设备101提供的电力来唤醒/激活传感器100。在一些实施例中，供电唤醒步骤706可以包括使用电动力场来生成可操作电力。在一些非限制性实施例中，电动力场可以包括传感器100的电感元件114中的电流，并且输入/输出(I/O)模拟电流336可以将感应出的电流转换成用于操作传感器100的电力。在一些非限制性实施例中，整流器442可以将电感元件114产生的交流转换成可以用于向传感器110供电的直流。在一些非限制性实施例中，整流器442可以提供电压VSUP，并且I/O模拟电路336可以使用电压VSUP来产生一个或多个电压，诸如举例来说，电压VDDA，其可以用于向模拟接口318供电；电压VLED，其可以用于向一个或多个光源108供电；以及电压VDDD，其可以用于向以下各项中的一项或多项供电：I/O数字电路336、存储器324、测量控制器320、命令解码器322、测量调度器318和测试接口476。

在一些实施例中，传感器控制过程可以包括步骤707，在步骤707中，传感器100确定命令是否已经被解码(例如，从电动力场的调制)。在一些非限制性实施例中，数据提取器444可以从电感元件114中感应出的电流中提取数据，解码器470可以对所提取的数据进行解码，以及命令解码器322可以从所解码的提取的数据中解码出一个或多个命令(例如，测量命令)。命令解码器322可以向测量控制器320发送经解码的命令。在一些实施例中，可以从外部设备101接收传感器100所接收的一个或多个命令和电力。

如果测量命令尚未被解码，则传感器控制过程可以返回到步骤707，直到接收到测量命令为止(假设继续向传感器100提供电力)。如果测量命令已经被解码，则传感器控制过程可以继续进行到步骤708、710、712和714，以执行测量命令。在一些实施例中，传感器100可以在测量控制器320的控制之下执行所解码的测量命令。

在一些实施例中，传感器控制过程可以包括步骤708，在步骤708中，传感器100执行测量和转换过程。测量和转换过程可以例如在测量控制器320的控制之下由模拟接口318来执行。在一些实施例中，测量和转换序列可以包括生成一个或多个模拟测量(例如，使用温度换能器488和490中的一个或多个、光源108中的一个或多个、光电检测器480中的一个或多个、一个或多个外部光电检测器、S&H测量电路408、和/或比较器486)并且将模拟测量中的一个或多个转换成一个或多个数字测量(例如，使用ADC 482)。参照美国专利申请No.2013/0241745(通过引用的方式将该申请的全部内容并入本文)中的图18描述了可以在步骤708中执行的测量转换过程的一个示例。

在一些实施例中，传感器控制过程可以包括步骤710，在步骤710中，传感器100可以根据在步骤708中执行的测量和转换序列期间产生的一个或多个数字测量来生成测量信息。根据步骤710中产生的一个或多个数字测量，测量信息可以指示传感器100被植入在其中的介质中的分析物的量。在一些实施例中，在步骤710中，测量控制器320可以接收一个或多个数字测量并且生成测量信息。在一些实施例中，测量信息可以包括时间戳，其用于标识进行分析物测量的时间。

在一些实施例中，传感器控制过程可以包括步骤712，在步骤712中，传感器100存储测量信息。在一些实施例中，测量控制器320可以向命令解码器322输出分析物测量信息，命令解码器322可以将分析物测量信息传输给存储器324。存储器324可以存储接收到的分析物测量信息。在一些实施例中，测量控制器320或命令解码器322识别测量信息将被存储在存储器324中的地址。在一些非限制性实施例中，存储器324可以被配置成先入先出(FIFO)存储器或后入先出(LIFO)存储器。

在一些实施例中，传感器控制过程可以包括步骤714，在步骤714中，传感器100传送分析物测量信息。在一些实施例中，传感器控制过程可以在步骤712中存储测量信息之后继续进行到步骤714。然而，这不是必须的，并且在一些替代实施例中，传感器控制过程可以从步骤710(在步骤710中，生成测量信息)直接继续进行到步骤714。在一些实施例中，命令解码器322可以向编码器472传输测量控制器320所生成的测量信息。编码器472可以对测量信息进行编码。箝位器/调制器442可以根据所编码的测量信息来对流过电感元件114的电流进行调制。以此方式，电感元件114可以将所编码的测量信息作为经调制的电磁波来无线地传送。在一些实施例中，可以由外部设备101来接收传感器100无线地传送的所编码的测量信息。

在一些实施例中，在步骤714中，除了传送根据最近的分析物测量生成的测量信息之外，传感器110还可以传送存储的、根据一个或多个先前的分析物测量生成的测量信息。在一些非限制性实施例中，传感器100可以传送存储的、根据除了最近的分析物测量之外的设定数量的(例如，五个、十个、二十个或一百个)先前的分析物测量生成的测量信息。然而，这不是必须的，并且在一些替代实施例中，传感器100可以传送在设定的时间段内生成的所有存储的测量信息(例如，所有存储的测量信息都是在最后一分钟、五分钟、半小时、一小时、四小时、十二小时、一天或一周内生成的)。在一些非限制性实施例中，可以从存储器324访问所存储的测量信息。在一些非限制性实施例中，命令解码器322可以将从存储器324取回的所存储的测量信息传输给编码器472。编码器472可以对所存储的测量信息进行编码。箝位器/调制器442可以根据所编码的存储的测量信息来对流过电感元件114的电流进行调制。以此方式，电感元件114可以将所编码的存储的测量信息作为经调制的电磁波来无线地传送。在一些实施例中，可以由外部设备101来接收传感器100无线地传送的所编码的存储的测量信息。在一些实施例中，传送来自除了当前读数之外的一个或多个先前的分析物读数的测量信息可以使外部设备101能够产生分析物趋势信息。

在一些实施例中，传感器100可以能够执行由传感器100接收到的其他命令。例如，如果命令解码器322在步骤707中对提取的存储测量信息命令进行解码，则传感器控制过程可以直接进行到步骤714，在步骤714中，传感器100传送来自一个或多个先前分析物测量结果的存储测量信息而不生成新的分析物测量结果。在一些非限制性实施例中，传感器100可以通过使用参考美国专利申请公开No.2013/0241745中的图19所描述的获得结果命令执行过程1900来执行检索的存储测量信息命令，通过引用将该美国专利申请公开的全文并入本文中。

在一些实施例中，传感器控制过程可以包括步骤716，在步骤716中，传感器100确定是否要执行自主测量。在一些实施例中，当传感器100在没有电力(或不充足的电力)被供应到传感器100的情况下处于睡眠模式中时(参见步骤702和704)，传感器100可以执行步骤716。在一些实施例中，CSD供电的测量调度器328可以基于CSD供电的时钟330的连续时钟输出来确定是否要执行自主测量。测量调度器328可以使用连续时钟输出来记录时间并且可以在合适时(例如，以周期性间隔)发出自主测量命令。如果尚未发出自主测量命令，则传感器控制过程可以返回进行到步骤702。如果已经发出了自主测量命令，则传感器控制过程可以进行到步骤718。

在一些实施例中，传感器控制过程可以包括使用由电荷存储设备107供应的电力来唤醒/激活睡眠/休眠传感器100的步骤718。在一些实施例中，CSD电力唤醒步骤718可以包括使用电力开关464来将传感器100从外部供应的电力切换到CSD电力。在一些非限制性实施例中，响应于自主测量命令，电力开关464可以将传感器100的部件从由通过整流器442使用在电感元件114中感应的电流产生的电压VSUP供电切换为由电荷存储设备107产生的电压VBAT供电。在一些实施例中，在电力开关464将传感器100切换到CSD电力之后，I/O数字电路336、命令解码器322、存储器324、测量控制器320和模拟接口318中的一个或多个则将由电荷存储设备107供电。

在一些实施例中，在步骤718中执行CSD电力传感器唤醒之后，传感器控制过程可以进行到步骤720、722和724，以便执行自主测量命令。在一些实施例中，在步骤720中，传感器100可以执行测量和转换过程。在一些实施例中，在步骤722中，传感器100可以根据在步骤720中执行的测量和转换序列期间产生的一个或多个数字测量结果来生成测量信息。在一些实施例中，在步骤724中，传感器100可以存储测量信息。在一些非限制性实施例中，步骤720、722和724可以分别与步骤708、710和712相似，除了可以利用由电荷存储设备107供电(而不是由电感元件114中感应的并由整流器442整流的电流供电)的I/O数字电路336、命令解码器322、存储器324、测量控制器320和模拟接口318中的一个或多个来执行步骤720、722和724。

在一些实施例中，在完成步骤720、722和724之后，电力开关464可以将传感器100从CSD电力切换到外部供应的电力。如果不存在外部供应的电力(即，如果电感元件114和103没有耦合在电动力场内)，则传感器控制过程可以返回到睡眠模式。在一些非限制性实施例中，在执行自主测量命令期间在步骤724存储的测量信息可以随后在传感器的电感元件114与外部设备101的电感元件103在由外部设备101生成的电动力场中相耦合的时间从传感器100被传送(例如，在步骤714中)。

在一些实施例中，传感器100可以在由电荷存储设备107供电时工作在低RF场情形和高RF场情形中。在一些实施例中，当电动力场不足够强从而无法为整个传感器测量供电时，出现低RF场情形。在一些非限制性实施例中，在低RF场情形中，电荷存储设备107可以对传感器100供电或对由弱电动力场提供的电力进行补充。在一些实施例中，当电动力场足够强从而能够为整个传感器测量供电时，出现高RF场情形。在一些非限制性实施例中，在高RF场情形中，电荷存储设备107和/或高RF场可以对传感器100供电。

以上已经参考附图充分地描述了本发明的实施例。尽管已经基于这些优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，能够在本发明的精神和范围内对所描述的实施例进行特定的修改、变化和备选的改造。例如，可以采用硬件、软件或硬件或软件的组合来实施传感器100的电路。软件可以被实施为计算机可执行指令，当该计算机可执行指令由处理器执行时，该计算机可执行指令使处理器执行一个或多个功能。

再例如，在一些备选实施例中，传感器100可以不包括电荷存储设备107。在这些备选实施例中，传感器100可以需要外部供应的电力来进行工作(例如，利用放置在传感器100附近的外部设备101供电以向传感器100提供电力和数据链路)。

在一些备选实施例中，代替确定测量命令是否已经在步骤707中被解码，传感器100可以确定由传感器100接收到的电动力场的强度对于传感器100分别执行步骤708、710、712和714的分析物测量和转换、测量信息生成、测量信息存储以及测量信息传送是充足的还是不充足的。如果电动力场的强度是充足的，则传感器控制过程可以进行到步骤708、710、712和714。在一些非限制性实施例中，传感器100的电路可以产生与外部设备101的电感元件103和传感器100的电感元件114的耦合的强度成比例的耦合值。在一些非限制性实施例中，I/O模拟电路336的钳位器/调制器440可以基于由电动力场在电感元件114中感应的电流来产生与接收到的场强度成比例的耦合值(例如，I_耦合)。在一个非限制性实施例中，与场强度成比例的耦合值可以被(例如，ADC 664)转换为与接收到的场强度成比例的数字耦合值。在一些非限制性实施例中，传感器100可以使用模拟和/或数字耦合值来确定由传感器100接收到的电动力场的强度对于传感器100执行分析物测量是否是充足的。例如，在一个非限制性实施例中，测量控制器532可以将数字耦合值与分析物测量场强度充足度阈值进行比较并产生由传感器接收到的电动力场的强度对于使植入的传感器执行分析物测量是充足还是不充足的指示。

在一些备选实施例中，传感器100可以在传感器在电荷存储设备电力下工作的情况下(例如，如果电感元件114中感应的电流对于数据通信是充足的，但是对于向传感器100提供操作电力是不充足的)执行步骤708、710、712和714中的一个或多个。在这些备选实施例中，传感器100可以利用由电荷存储设备107提供的用于测量操作的操作电力来执行由外部设备101启动的测量操作。

Claims (38)

1.一种用于植入在活体动物内并测量所述活体动物内的介质中的分析物的传感器，所述传感器包括：

分析物指示器，其被配置为基于所述介质中的所述分析物的量或浓度来呈现可检测属性；

传感器元件，其被配置为基于由所述分析物指示器呈现的所述可检测属性来生成分析物测量信号；

电感元件，其被配置为当处于由外部设备生成的电动力场中时产生电流；

输入/输出电路，其被配置为经由所述电感元件将测量信息无线地传送到所述外部设备；

测量控制器；以及

电荷存储设备；

其中，所述测量控制器被配置为：

(i)控制所述传感器元件，以在所述电感元件未处于由所述外部设备生成的电动力场中时使用由所述电荷存储设备提供的电力来生成第一分析物测量信号；

(ii)基于所述第一分析物测量信号来生成第一测量信息；以及

(iii)控制所述输入/输出电路，以在所述电感元件处于由所述外部设备生成的电动力场中时将所述第一测量信息无线地传送到所述外部设备。

2.根据权利要求1所述的传感器，还包括非易失性存储介质。

3.根据权利要求2所述的传感器，其中，所述测量控制器还被配置为将所述第一测量信息存储在所述非易失性存储介质中。

4.根据权利要求3所述的传感器，其中，所述测量控制器还被配置为：

控制所述传感器元件，以在所述电感元件未处于由所述外部设备生成的电动力场中时使用由所述电荷存储设备提供的电力来生成第二分析物测量信号；

基于所述第二分析物测量信号来生成第二测量信息；

将所述第二测量信息存储在所述非易失性存储介质中；以及

控制所述输入/输出电路，以在所述电感元件处于由所述外部设备生成的电动力场中时将所述第二测量信息无线传送到所述外部设备。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的传感器，其中，所述测量控制器还被配置为：

控制所述传感器元件，以在所述电感元件处于由所述外部设备生成的电动力场中时生成第二分析物测量信号；

基于所述第二分析物测量信号来生成第二测量信息；以及

控制所述输入/输出电路，以在所述电感元件处于由所述外部设备生成的电动力场中时将所述第二测量信息无线传送到所述外部设备。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的传感器，还包括时钟，所述时钟由所述电荷存储设备供电。

7.根据权利要求6所述的传感器，其中，所述时钟是低功率振荡器实时时钟。

8.根据权利要求6或7所述的传感器，还包括测量调度器，所述测量调度器由所述电荷存储设备供电，并且所述测量调度器被配置为基于所述时钟的输出来发出第一自主测量命令，其中，所述测量控制器被配置为控制所述传感器元件以响应于所述第一自主测量命令来生成所述第一分析物测量信号。

9.根据权利要求8所述的传感器，其中，所述测量调度器被配置为基于所述时钟的所述输出以周期性间隔发出自主测量命令。

10.根据权利要求8或9所述的传感器，还包括电力开关，所述电力开关被配置为响应于所述第一自主测量命令来将所述传感器元件、所述输入/输出电路以及所述测量控制器中的一个或多个从由外部供应的电力供电切换到由所述电荷存储设备供电。

11.根据权利要求1-10中的任一项所述的传感器，其中，所述输入/输出电路包括：

电容器；以及

调谐电容器组，其被配置为动态调谐LC谐振回路并改变所述LC谐振回路的谐振频率，所述LC谐振回路包括所述电感元件和所述电容器。

12.根据权利要求11所述的传感器，其中，所述调谐电容器组包括变容二极管。

13.根据权利要求11或12所述的传感器，其中，所述输入/输出电路包括过温保护电路，所述过温保护电路被配置为控制所述调谐电容器组以去调谐所述LC谐振回路，从而在所述传感器过热的情况下降低由所述LC谐振回路递送的电力。

14.根据权利要求1-13中的任一项所述的传感器，其中，所述分析物指示器呈现的可检测属性是响应于所述介质中的所述分析物的量或浓度的光学特性，并且所述传感器元件包括：

第一光电检测器，其被配置为输出用于指示由所述第一光电检测器接收到的光的量的模拟光测量信号；以及

第一光源，其被配置为将第一激发光发射到所述分析物指示器。

15.根据权利要求14所述的传感器，其中，所述传感器元件还包括第二光源，所述第二光源被配置为将第二激发光发射到所述分析物指示器，其中，所述第一激发光和所述第二激发光具有不同的波长。

16.根据权利要求14或15所述的传感器，其中，所述传感器元件还包括第二光电检测器，所述第二光电检测器被配置为输出用于指示由所述第二光电检测器接收到的光的量的模拟光测量信号。

17.根据权利要求16所述的传感器，还包括：

第一光学滤波器，其被配置为覆盖所述第一光电检测器的光敏侧，并允许具有第一波长的光通过；以及

第二光学滤波器，其被配置为覆盖所述第二光电检测器的光敏侧，并允许具有第二波长的光通过，

其中，所述第一波长和所述第二波长是不同的。

18.根据权利要求17所述的传感器，其中，所述第一光学滤波器和所述第二光学滤波器分别被覆盖在所述第一光电检测器的所述光敏侧和所述第二光电检测器的所述光敏侧上。

19.根据权利要求14-18中的任一项所述的传感器，还包括半导体基板，其中，所述第一光电检测器被制造在所述半导体基板上。

20.根据权利要求1-19中的任一项所述的传感器，其中，所述输入/输出电路包括：

整流器，其被配置为在所述电感元件处于由所述外部设备生成的电动力场中时将由所述电感元件产生的交流电流转换为直流电流；以及

充电器，其被配置为使用由所述整流器生成的所述直流电流对所述电荷存储设备进行重新充电。

21.根据权利要求1-20中的任一项所述的传感器，其中，所述传感器元件包括：

光电检测器，其被对称性地布置在所述光电检测器之间延伸的中心线的两侧；以及

光源，其具有在所述中心线上的发射点。

22.根据权利要求1-21中的任一项所述的传感器，其中，所述第一测量信息包括时间戳，所述时间戳标识所述第一测量信息被生成时的时间。

23.根据权利要求1-22中的任一项所述的传感器，还包括模数转换器(ADC)，所述模数转换器被配置为将模拟分析物测量信号转换为数字分析物测量信号。

24.根据权利要求1-23中的任一项所述的传感器，其中，所述传感器元件包括：

第一温度换能器，其被配置为输出用于指示所述传感器的温度的第一模拟温度测量信号；以及

第二温度换能器，其被配置为输出用于指示所述传感器的温度的第二模拟温度测量信号。

25.根据权利要求1-24中的任一项所述的传感器，其中，所述电感元件是线圈。

26.根据权利要求25所述的传感器，其中，所述电荷存储设备和所述半导体基板位于所述线圈内。

27.根据权利要求1-26中的任一项所述的传感器，其中，所述介质是细胞间液、血管内液或腹腔内液。

28.根据权利要求1-27中的任一项所述的传感器，其中，所述分析物是葡萄糖。

29.根据权利要求1-28中的任一项所述的传感器，其中，所述输入/输出电路包括监测器，所述监测器被配置为检测所述电荷存储设备的电压是高于阈值还是低于阈值。

30.一种使用传感器来测量活体动物内的介质中的分析物的方法，所述方法包括：

控制所述传感器的传感器元件，以在所述传感器的电感元件未处于由外部设备生成的电动力场中时使用由所述传感器的电荷存储设备提供的电力来生成第一分析物测量信号，其中，所述传感器元件被配置为基于由所述传感器的分析物指示器呈现的可检测属性来生成所述第一分析物测量信号，并且所述分析物指示器被配置为基于所述介质中的所述分析物的量或浓度来呈现所述可检测属性；

基于所述第一分析物测量信号来生成第一测量信息；以及

控制所述传感器的输入/输出电路，以在所述电感元件处于由所述外部设备生成的电动力场中时经由所述电感元件将所述第一测量信息无线传送到所述外部设备。

31.根据权利要求30所述的方法，还包括：

将所述第一测量信息存储在所述传感器的非易失性存储介质中；

控制所述传感器元件，以在所述电感元件未处于由所述外部设备生成的电动力场中时使用由所述电荷存储设备提供的电力来生成第二分析物测量信号；

基于所述第二分析物测量信号来生成第二测量信息；以及

控制所述传感器的所述输入/输出电路，以在所述电感元件处于由所述外部设备生成的电动力场中时经由所述电感元件将存储的所述第二测量信息无线传送到所述外部设备。

32.根据权利要求31所述的方法，还包括：

基于由所述电荷存储设备供电的时钟的输出来发出自主测量命令；以及

响应于所述自主测量命令来将所述传感器元件从由外部供应的电力供电切换到由所述电荷存储设备供电。

33.一种用于植入在活体动物内并测量所述活体动物内的介质中的分析物的传感器，所述传感器包括：

分析物指示器，其被配置为基于所述介质中的所述分析物的量或浓度来呈现可检测属性；

传感器元件，其被配置为基于由所述分析物指示器呈现的所述可检测属性来生成分析物测量信号；

测量控制器；

非易失性存储介质；

电荷存储设备；以及

测量调度器，其由所述电荷存储设备供电并且被配置为发出自主测量命令；

其中，所述测量控制器被配置为：

(i)控制所述传感器元件以响应于所述自主测量命令来使用由所述电荷存储设备提供的电力生成第一分析物测量信号；

(ii)基于所述第一分析物测量信号来生成第一测量信息；以及

(iii)将所述第一测量信息存储在所述非易失性存储介质中。

34.根据权利要求33所述的传感器，还包括由所述电荷存储设备供电的时钟，其中，所述测量调度器被配置为使用所述时钟的输出来确定何时发出所述测量命令。

35.根据权利要求33或34所述的传感器，还包括电力开关，所述电力开关被配置为响应于所述自主测量命令来将所述传感器元件和所述测量控制器中的一个或多个从由所述外部设备供电切换至由所述电荷存储设备供电。

36.一种使用传感器来测量活体动物内的介质中的分析物的方法，所述方法包括：

使用所述传感器的电荷存储设备来对测量调度器供电；

使用所述测量调度器来发出自主测量命令；

控制所述传感器的传感器元件以响应于所述自主测量命令来使用由所述电荷存储设备提供的电力生成第一分析物测量信号，其中，所述第一分析物测量信号是基于由所述传感器的分析物指示器呈现的可检测属性的，并且所述分析物指示器被配置为基于所述介质中的所述分析物的量或浓度来呈现所述可检测属性；

基于所述第一分析物测量信号来生成第一测量信息；以及

将所述第一测量信息存储在所述传感器的非易失性存储介质中。

37.根据权利要求36所述的方法，还包括使用所述电荷存储设备对时钟供电，其中，使用所述测量调度器来发出自主测量命令包括：使用所述时钟的输出来确定何时发出所述测量命令。

38.根据权利要求36或37所述的方法，还包括响应于所述自主测量命令来将所述传感器的传感器元件从由外部设备供电切换至由所述电荷存储设备供电。