KR20200133178A - 전기화학 센서를 위한 인터페이스 회로 - Google Patents

전기화학 센서를 위한 인터페이스 회로 Download PDF

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Abstract

전기화학 센서를 위한 인터페이스 회로
본 발명은 전류측정식 전기화학 센서 (3) 를 위한 센서 인터페이스 회로 (5) 에 관한 것이다. 그 회로는: 센서 (3) 를 통하는 전류를 전류-대-전압 변환기 (9, Rf) 의 출력 단자 (10) 에서의 전압으로 변환하기 위해 센서 (3) 의 제 1 단자 (WRK) 에 접속된 전류-대-전압 변환기 (9, Rf); 센서 (3) 의 제 1 및 제 2 단자들 (WRK, REF) 사이에 실질적으로 고정된 전압 차이를 유지하기 위해 센서 (3) 의 제 2 단자 (REF) 와 제 3 단자 (CNTR) 사이에 접속된 제 1 증폭기 (7); 전압 변환기 (9, Rf) 에 전력을 공급하기 위한 그리고 제 1 증폭기 (7) 의 제 1 부분 (31) 에 전력을 공급하기 위한 전력 공급기 (11); 및, 제 1 증폭기 (7) 의 제 2 부분의 고측 공급 단자 (39) 가 전력 공급기 (11) 에 접속되도록 구성되는 한편, 제 1 증폭기 (7) 의 제 2 부분의 저측 공급 단자 (41) 를 통해 제 1 증폭기 (7) 의 제 2 부분에 전력을 공급하도록 구성된 네거티브 전압 변환기 (17) 를 포함한다.

Description

전기화학 센서를 위한 인터페이스 회로{AN INTERFACE CIRCUIT FOR AN ELECTROCHEMICAL SENSOR}
기술 분야
본 발명은 글루코오스 센서 (glucose sensor) 와 같은 전기화학 센서 (electrochemical sensor) 를 위한 센서 인터페이스 회로에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 그 센서 인터페이스 회로 및 센서를 포함하는 센서 시스템에 관한 것이다.
발명의 배경
전기화학 센서들은 환경 모니터링, 산업 자동화 및 임상 분석 분야에서 널리 사용된다. 이러한 센서들은 감지 메커니즘을 기반으로 전위차법, 전류측정법 및 전도성측정법의 상이한 타입들로 분류될 수 있다. 전류측정식 센서들 (amperometric sensors) 에서, 테스트 중인 화학물질의 농도에 비례하는 전류가 생성된다. 이러한 전류측정식 센서들의 하나의 예시적인 애플리케이션은 지속적 당뇨병 모니터링을 위한 휴대용 글루코오스 감지이다. 이러한 종류들의 휴대용 지속적 글루코오스 모니터링 시스템들은 제한된 용량의 소형 배터리로 구동된다. 원하는 수명을 달성하기 위해서는 저전력 소비가 이러한 감지 시스템에 매우 중요하다. 그러나, 기존의 전기화학 센서 시스템들은 종종 다소 높은 전력 소비로 인해 수명이 제한되는 단점이 있다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 기존의 전기화학 센서들 또는 그것들의 인터페이스 회로의 상기 단점들의 적어도 일부를 극복하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 청구항 제 1 항에 기재된 바와 같은 전류측정식 센서 인터페이스 회로가 제공된다.
제안된 솔루션은 기존의 전류측정식 센서 인터페이스 회로들에 비해 인터페이스 회로의 전력 소모가 감소될 수 있다는 이점을 갖는다. 따라서, 제안된 인터페이스 회로는 실례로 글루코오스 센서로부터의 전류를 측정하기 위해 사용될 수도 있는 저전력 인터페이스 회로이다. 또한, 제안된 인터페이스 회로를 사용함으로써, 시스템 사이즈 및 제조 비용 양자 모두가 감소될 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 상기 인터페이스 회로를 포함하고 전기화학 센서를 더 포함하는 센서 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 양태들은 여기에 첨부된 종속 청구항들에 기재된다.
도면들의 간단한 설명
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은, 첨부 도면들을 참조하여, 비한정적 예시적인 실시형태의 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 센서 시스템을 나타내는 단순화된 회로도이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 대안적 센서 시스템 설계를 나타내는 단순화된 회로도이다.
발명의 상세한 설명
이제, 본 발명의 실시형태가 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 본 발명은 전류측정식 글루코오스 센서 회로 또는 시스템의 맥락에서 설명될 것이다. 하지만, 본 발명의 교시들은 이러한 환경 또는 애플리케이션에 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 교시들은 또한 다른 타입들의 전류측정식 전기화학 센서 시스템들에 대해서도 사용될 수도 있다. 상이한 도면들에 나타나는 동일한 또는 대응하는 기능적 및 구조적 엘리먼트들에는 동일한 참조 부호들이 할당된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "및/또는”은 "및/또는” 에 의해 결합된 리스트에서의 항목들 중 임의의 하나 이상의 항목들을 의미한다. 일례로서, "x 및/또는 y” 는 3개 엘리먼트 세트 {(x), (y), (x, y)} 의 임의의 엘리먼트를 의미한다. 즉, "x 및/또는 y” 는 "x 및 y 중 하나 또는 양자 모두” 를 의미한다. 다른 예로서, "x, y 및/또는 z” 는 7개 엘리먼트 세트 {(x), (y), (z), (x, y), (x, z), (y, z), (x, y, z)} 중 임의의 엘리먼트를 의미한다. 즉, "x, y 및/또는 z” 는 "x, y 및 z 중 하나 이상” 을 의미한다. 또한, 용어 "구비한다” 는 본 명세서에서 개방형 용어로서 사용된다. 이는, 오브젝트가 나열된 모든 엘리먼트들을 포함하지만, 추가적인 명기되지 않은 엘리먼트들을 또한 포함할 수도 있음을 의미한다. 따라서, 단어 "구비한다”는 "포함한다", "함유한다” 또는 "함축한다”라는 더 넓은 의미로 해석된다.
도 1 의 회로도는 제 1 실시형태에 따른 전류측정식 전기화학 센서 회로 또는 시스템 (1) 을 개략적으로 나타낸다. 전류측정식 전기화학 센서 (3) 는 도 1 에 도시된 전기적 모델에 의해 제시될 수 있다. 그것은 3 개의 전극들, 노드들 또는 단자들을 갖는다: 제 1 전극 또는 작동 (working) 전극 또는 단자 (도 1 에서 WRK 단자로서 지칭됨), 제 2 전극 또는 기준 전극 또는 단자 (도 1 에서 REF 단자로서 지칭됨) 및 제 3 전극 또는 카운터 전극 또는 단자 (도 1 에서 CNTR 단자로서 지칭됨). 전류 소스 (Is) 는 WRK 단자와 REF 단자 사이에 접속된다. 전기화학 센서의 동작 모드는 관심대상의 피분석물과의 반응에 의해 전기적 신호의 생성을 수반한다. 이 예에서, 글루코오스는 센서와 반응해 전류 (Is) 를 생성하고, 그 전류의 값은 감지되는 글루코오스 농도에 의존한다. 전류 (Is) 는 WRK 단자로부터 CNTR 단자로 흐른다. 전류는 그 다음, 센서 측정 회로 또는 시스템이라고도 불릴 수도 있는 센서 인터페이스 회로 또는 시스템 (5) 에 의해 측정될 수 있다. 이 예에서, 센서는 WRK 단자와 REF 단자 사이에 고정된 전압이 인가될 필요가 있고, 이는, 이 예에서, 채택된 센서에 대해 공칭 40mV 이다. 전류 소스 (Is) 와 병렬로 배치된 제 1 임피던스 또는 저항기 (Rw) 는 0% 의 글루코오스 농도에서 존재할 작은 누설 전류를 나타낸다. 제 2 임피던스 또는 저항기 (Rc) 는 REF 단자와 CNTR 단자 사이에 존재한다. WRK 및 CNTR 단자들 사이의 결과적인 전압 차이는 글루코오스 레벨에 의존하여 변화할 것이고, 채택된 센서에 대해 최대 2V 까지이다. 센서 인터페이스 회로 (5) 는 모든 이들 요건들을 만족하여야 한다. 또한, REF 단자를 통하는 누설 전류는, 예를 들어, 채택된 센서에 대해 10pA 까지 이상적으로 제한되어야 한다.
도 1 에서 모델링된 센서는 이하의 설명들을 위해 사용될 것이지만, 본 발명의 교시들은 유사한 하지만 반드시 동일하지는 않은 구성들을 갖는 센서들의 다른 변형들에 확장될 수 있다. 예를 들어, 상이한 제조사들로부터의 센서들의 사양들은 상이할 수 있을 것이다. 예를 들어, WRK 및 REF 단자 사이의 요구되는 고정된 전압은 100mV 일 수 있는 한편, WRK 및 CNTR 단자들 사이의 요구되는 출력 차이는 2.5V 까지일 수 있다. 본 설명에서, 모든 수치들은 단지 예시적 목적들을 위해 주어진 것이고, 그것들은 결코 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 아니함에 유의하여야 한다. 본 애플리케이션에서 사용된 이상적 증폭기들에 대해, 요망되는 출력 범위는 2V 까지임에 또한 주목한다. 증폭기들에 대한 요구되는 공급 전압은 요망되는 출력 범위 전압 레벨보다 더 커야 한다. 공급 전압 (특히 포지티브 (positive) 공급 전압) 과 요망되는 출력 범위 사이의 차이는 본 설명에서 헤드룸 (headroom) 으로 불린다.
도 1 에서 도시된 바와 같이, 센서 인터페이스 회로 (5) 는 센서에서 흐르는 전류를 측정하기 위해 센서 (3) 에 접속된다. 제 1 연산 증폭기인 제 1 증폭기 (7), 그리고 보다 구체적으로는 루프 제어 증폭기는 센서의 REF 및 CNTR 단자들 사이에 접속되어서, 그것의 반전 입력부 (도 1 에서 - 부호를 가짐) 는 REF 단자에 접속되는 한편, 제 1 증폭기 (7) 의 출력부는 CNTR 단자에 접속된다. 센서의 REF 단자는 따라서 유리하게는 고 임피던스 노드에 접속되고, 그 고 임피던스 노드는 이 예에서 제 1 증폭기 (7) 의 반전 입력부이다. 비-반전 입력부 (도 1 에서 + 부호를 가짐) 는, WRK 및 REF 단자들 사이에 고정된 전압 차이를 유지하기 위해, 이 예에서 고정된 전위에서, 보다 구체적으로는 이 예에서 0.50V 에서 유지된다. 이러한 방식으로, 상이한 글루코오스 레벨들에서의 정확한 전류 값이 획득될 수 있다. 도 1 의 회로에서 도시된 증폭기들에 대해 제로 오프셋 에러들이 가정되는 경우에, 제 1 증폭기 (7) 의 반전 입력부와 비-반전 입력부들 사이에는 실질적으로 아무런 전압 차이도 존재하지 않음에 유의한다. 본 예에서, 제 1 증폭기 (7) 의 출력은 센서 출력 전류에 따라 -1.50 V 에서부터 0.50 V 까지 변화할 수 있다. 이러한 구성에서, WRK 및 CNTR 단자들 사이의 최대 허용되는 전압 차이는 2.0V 까지이다.
센서 인터페이스 회로 (5) 는 또한, 이 경우에, 제 2 연산 증폭기인 제 2 증폭기 (9), 및 제 2 증폭기의 피드백 루프에서 배치된 제 3 의 (큰 값의) 저항기 또는 피드백 저항기 (Rf) 에 의해 형성된 트랜스-임피던스 증폭기 또는 전류-대-전압 변환기를 포함한다. 제 1 및 제 2 연산 증폭기들은 실례로 상보형 금속-산화물-반도체 (CMOS) 트랜지스터들을 사용함으로써 구현될 수도 있다. 트랜스-임피던스 증폭기 (9) 는 센서 신호 (전류) (Is) 를 제 2 증폭기의 출력 단자 (10) 에서의 출력 전압 (Vox) 으로 변환한다. 전압 (Vox) 은 그 다음에, (예를 들어 저역 통과 필터들에 의해) 신호 컨디셔닝되고 아날로그-대-디지털 변환기 (ADC) 에 의해 디지털화될 수도 있다. Vox 신호에 대해 약간의 헤드룸을 남겨두기 위해서, 제 2 증폭기의 비-반전 입력부는 고정된 전위에서, 그리고 이 예에서 0.54V 에서 바이어싱된다 (전술한 바와 같이, 모든 수치들은 단지 예시적 목적들을 위한 것이다). 따라서, 상기 수치들을 감안하면, WRK 및 REF 단자들 사이에 40 mV (0.54 V - 0.50 V = 40 mV) 의 고정된 전압 차이가 유지된다. 여기서 다시, 제 2 증폭기 (9) 의 반전 입력부와 비-반전 입력부 사이에는 실질적으로 아무런 전압 차이도 존재하지 않는다. 이득 엘리먼트를 위해 전계 효과 트랜지스터를 사용하는 개별 컴포넌트들로 전류-대-전압 변환기를 구성하는 것도 대신에 가능할 것임에 유의한다. 제 1 증폭기와 함께 전류-대-전압 변환기는 센서에 대한 아날로그 프론트-엔드를 형성하는 것으로 고려될 수 있다.
센서 인터페이스 회로 (5) 는 추가로, 전력 소스 또는 공급기 (11) 그리고 보다 구체적으로는 직류 (DC) 전력 공급기를 포함하고, 이는 이 예에서 배터리, 그리고 보다 구체적으로는 +1.5V 배터리이다. 배터리는 제 1 의, 네거티브 (negative) 또는 저측 (low-side) 출력 단자 (13), 및 제 2 의, 포지티브 (positive) 또는 고측 (high-side) 출력 단자 (15) 를 갖는다. 이 예에서, 제 1 출력 단자는 0V 의 전압 레벨에 있는 한편, 제 2 출력 단자는 1.5V 의 전압 레벨에 있다.
센서 인터페이스 회로 (5) 는 또한, 이 예에서 제 1 증폭기 (7) 인 부하와 배터리 사이에 제공되는 네거티브 전압 변환기 (17) 또는 포지티브-대-네거티브 전압 변환기를 포함한다. 네거티브 전압 변환기 (17) 는 따라서 배터리 (11) 와 직렬 구성인 것으로 고려될 수도 있다. 네거티브 전압 변환기의 목적은 포지티브 전압 레벨로부터 네거티브 전압 레벨로의 공급-전압 변환들을 수행하기 위한 것이다. 달리 말하면, 네거티브 전압 변환기는 포지티브 입력으로부터 네거티브 전압 출력을 생성하도록 구성된다. 그것은 또한, 넓게 변화하는 입력을 갖는 애플리케이션에서 안정적인 출력 전압을 생성하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 네거티브 전압 변환기 (17) 는, 요망되는 극성 및 전압 레벨로 부하에 에너지를 공급하기 위해서, 배터리 (11) 와 그것의 부하 사이에 배치된 전압 조작 블록인 것으로 고려될 수 있다. 네거티브 전압 변환기를 구현하기 위한 많은 방식들이 존재하며, 하나의 예는 CMOS 스위칭되는-커패시터들에 기반한 것이다.
네거티브 전압 변환기 (17) 의 입력 단자 (19) 는, 배터리의 제 2 출력 단자 (15) 에, 이 예에서는 직접적으로, 접속된다. 네거티브 전압 변환기의 제 1 기준 전압 단자 (21) 는 고정된 전압 레벨에 있고, 그 고정된 전압 레벨은, 이 예에서, 0V 와 동일하다. 네거티브 전압 변환기는, 이 예에서 -2.0V 의 전압 레벨에 있는, 출력 단자 (23), 및, 이 예에서 0V 와 동일한, 고정된 전압 레벨에 있는 제 2 기준 전압 단자 (25) 를 갖는다. 제 1 및 제 2 기준 전압 단자들은 따라서 이 예에서 접지된다. 제 1 증폭기 (7), 트랜스-임피던스 증폭기 (9) 및 네거티브 전압 변환기 (17) 는 모두 하나의 집적 회로 또는 반도체 칩 내로 통합될 수도 있다. 네거티브 전압 변환기는 하나보다 많은 입력 단자 및/또는 하나보다 많은 출력 단자를 가져서, (네거티브 전압 레벨을 갖는) 그들 중 하나가 제 1 증폭기 (7) 에 한 번에 선택적으로 접속될 것임에 유의한다. 하나의 단일 출력 단자는 동일 출력 단자를 통해서 다수의 부하들에 동시에 전류를 제공할 수 있음에 또한 유의한다.
제안된 설계는 따라서 저 비용 및 작은 시스템 사이즈를 위해서 오직 하나의 배터리만을 사용한다. 제 2 증폭기 (9) 는, 보다 높은 공급 노이즈 면제를 위해서, 저-드롭-아웃 (low-drop-out; LDO) 전압 조정기와 같은 전압 조정기를 통해서 또는 직접적으로 배터리에 의해 전력이 제공된다. 보다 구체적으로, 제 2 증폭기 (9) 의 제 1 의, 포지티브 또는 고측 공급 단자 (27) 는 배터리 (11) 의 제 2 출력 단자 (15) 에 접속되는 한편, 제 2 증폭기 (9) 의 제 2 의, 네거티브 또는 저측 공급 단자 (29) 는 배터리 (11) 의 제 1 출력 단자에 접속된다. 배터리는 따라서, 제 2 증폭기 (9) 에 그리고 따라서 트랜스-임피던스 증폭기에 전력을 공급하도록 배열된다. 네거티브 전압 변환기의 역할은, 배터리와 그것의 부하 사이에 또한 배치되는, LDO (전압 조정기) 의 것과 유사함에 유의한다. 네거티브 전압 변환기와 LDO 간의 차이는 실질적으로 단지 전압 극성에 있다.
제 1 증폭기 (7) 의 제 1 일부 또는 부분 (31) 은 또한, 요구되는 출력 범위를 지원하기 위해서, LDO 전압 조정기와 같은 전압 조정기를 통해서 또는 직접적으로 중 어느 일방으로 배터리 (11) 에 의해 전력이 제공된다. 보다 구체적으로, 제 1 증폭기 (7) 의 제 1 부분 (31) 의 제 1 의, 포지티브 또는 고측 공급 단자 (33) 는 배터리 (11) 의 제 2 출력 단자 (15) 에 접속되는 한편, 제 1 증폭기 (7) 의 제 1 부분 (31) 의 제 2 의, 네거티브 또는 저측 공급 단자 (35) 는 배터리 (11) 의 제 1 출력 단자 (13) 에 접속된다. 제 1 증폭기의, 이 예에서 제 1 부분과는 상이한, 제 2 부분 (37) 은 배터리 (11) 및 네거티브 전압 변환기 (17) 양자에 의해 전압 조정기를 통해서 또는 직접적으로 중 어느 일방으로 전력을 공급받는다. 보다 구체적으로, 제 1 증폭기 (7) 의 제 2 부분 (37) 의 제 1 의, 포지티브 또는 고측 공급 단자 (39) 는 배터리 (11) 의 제 2 출력 단자 (15) 에 접속되는 한편, 제 1 증폭기 (7) 의 제 2 부분 (37) 의 제 2 의, 네거티브 또는 저측 공급 단자 (41) 는 네거티브 전압 변환기 (17) 의 네거티브 출력 단자 (23) 에 접속된다.
따라서, 유리하게는, 온-칩 네거티브 전압 변환기 (17) 는, 제 1 증폭기 (7) 내부의 일부 부분들 (제 2 부분) 의 저측 공급인, 이 예에서 -2.0V 와 실질적으로 동일한, 주어진 네거티브 전압을 발생시키기 위해서 사용된다. 제 1 증폭기 토폴로지에 의존하여, 최적의 파티셔닝은 가장 낮은 총 전력 소비를 달성하도록 발견될 수 있을 것이다. 총 전력 소비는 그러면, 현재 예에서 P = 1.5 V × (제 2 증폭기 (9) 의 공급 전류) + 1.5 V × (제 1 증폭기 (7) 의 제 1 부분에 대한 공급 전류) + 3.5 V × (제 1 증폭기 (7) 의 제 2 부분에 대한 공급 전류)/(네거티브 전압 변환기의 효율) 로서 계산될 수 있다. 공급 전류는 각각의 고측 공급 단자로부터 각각의 저측 공급 단자로 흐르는 전류이다. 제 1 부분은 예컨대 제 1 증폭기 (7) 의 입력 스테이지일 수도 있는 한편, 제 2 부분은 예컨대 제 1 증폭기 (7) 의 출력 스테이지일 수도 있다. 입력 스테이지는 제 1 증폭기의 반전 입력 및 비-반전 입력 양자를 취하고, 그것들의 차이를 증폭기에 의해 프로세싱되는 내부 신호로 변환한다. 출력 스테이지는 프로세싱된 내부 신호를 출력 신호로 변환한다.
포지티브 전압 변환기에 접속된 하나의 배터리 또는, 예컨대 직렬 구성의, 2 개의 배터리들을 포함하는 센서 인터페이스 회로들에 비해, 본 발명에 따른 네거티브 전압 변환기 (17) 와 결합된 본 단일 배터리 구성은 더 적은 전력을 소비하고, 더 작은 회로 사이즈를 가지며, 더 낮은 비용을 갖는다. 더욱이, 추가로, 본 발명에 따르면, 신호 컨디셔닝 및/또는 ADC 회로들은 또한 배터리 공급 전압 하에서 동작할 수 있을 것이다. 이에 따라, 시스템 레벨에서의 전체 전력 소비는 종래의 설계들에서의 것보다 훨씬 더 낮다. 보다 구체적으로, 시스템 레벨에서, 제안된 솔루션은 포지티브 전압 변환기와 결합된 하나의 배터리 또는 2 개의 배터리들을 갖는 전통적인 설계의 전력소비의 단지 약 3 분의 1 인 전력 소비를 가질 수도 있다. 제안된 설계는 센서 설계에 의해 부과되는 모든 요건들을 쉽게 만족시킬 수 있음에 또한 유의한다. 상기 예시적인 수치들을 사용함으로써, WRK 단자는 0.54V 로 강제될 수 있고, REF 단자는 0.50V 로 강제되며, 이는 이들 두 단자들 사이의 40mV 의 실질적으로 고정된 전압 차이로 이끈다. CNTR 단자는 -1.5V 만큼 낮게 아래로 향할 수 있을 것이어서, WRK 단자에서부터 CNTR 단자까지의 전압 차이는 2.0V 까지일 수 있을 것이다.
도 2 의 회로도는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 센서 시스템 (1) 을 개략적으로 나타낸다. 이 실시형태에 따른 센서 (3) 는 2-채널 측정을 위한 2 개의 작동 전극들 또는 단자들, 즉, 제 1 작동 단자 (WRK1) 및 제 2 작동 단자 (WRK2) 를 갖는다. 센서에서의 전류는 제 1 전류 소스 (Is1) 및 제 2 전류 소스 (Is2) 에 의해 모델링된다. 또한, 도 1 의 구성에서의 저항기 (Rw) 대신에, 센서 (3) 는 도 2 에서 도시된 바와 같은 저항기들 (Rw1 및 Rw2) 을 포함한다. 제 2 실시형태에 따른 센서 인터페이스 회로 (5) 는 제 1 실시형태에서와 같이 오직 하나인 것에 반해 2 개의 트랜스-임피던스 증폭기들 (9) 을 포함한다. 보다 구체적으로, 제 1 출력 전압 (Vox1) 을 제공하는 제 1 트랜스-임피던스 증폭기는 제 1 작동 단자 (WRK1) 에 접속되는 한편, 제 2 출력 전압 (Vox2) 을 제공하는 제 2 트랜스-임피던스 증폭기는 제 2 작동 단자 (WRK2) 에 접속된다. 제 1 및 제 2 트랜스-임피던스 증폭기들은 이 예에서 실질적으로 동일하고, 따라서, 배터리 (11) 에 의해 전력을 공급받는다.
제안된 센서 시스템은 실례로 사용자의 (또는 다른 누군가의) 혈액에서 글루코오스 (당분) 의 양을 측정하기 위한 휴대용 또는 비-휴대용 미터로서 사용될 수도 있다. 혈액 글루코오스 미터를 사용하는 것은 사용자의 혈액 글루코오스 레벨에서의 임의의 변동을 추적함으로써 사용자가 당뇨병을 보다 잘 관리하는 것에 도움을 줄 수 있다. 실제 센서 설계에 의존하여, 측정은 침습적으로 또는 비침습적으로 수행될 수도 있다. 하지만, 본 발명은 결코 글루코오스 측정에 제한되지 아니함에 유의하여야 한다.
센서 인터페이스 회로 및 그 센서 인터페이스 회로를 포함하는 센서 시스템 및, 추가적으로 또한, 요망되는 파라미터를 측정 또는 감지하기 위한 센서가 상기 설명되었다. 본 발명은 동등하게, 배터리 (전력 공급기) 및 네거티브 전압 변환기에 의해 상기 설명된 바와 같은 제 1 및 제 2 증폭기들에 전력을 공급함으로써 센서 인터페이스 회로 및 센서 시스템을 동작시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 도면들 및 전술한 설명에서 예시되고 상세히 설명되었지만, 그러한 예시 및 설명은 제한적인 것이 아닌 예시적이거나 전형적인 것으로 고려되어야 하며, 본 발명은 개시된 실시형태로 제한되지 않는다. 다른 실시형태들 및 변형들이, 도면들, 개시 및 첨부 청구항들의 연구에 기초하여, 청구된 발명을 수행할 때 당업자에 의해 이해되고, 달성될 수 있다.
청구항들에 있어서, 단어 "포함하는" 은 다른 엘리먼트들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 부정관사 "a" 또는 "an" 은 복수를 배제하지 않는다. 상이한 특징들이 상호 상이한 종속 청구항들에서 기재된다는 단순한 사실은 이들 특징들의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내진 않는다. 청구항들에서의 임의의 참조 부호들은 발명의 범위를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.

Claims (15)

  1. 전류측정식 전기화학 센서 (3) 를 위한 센서 인터페이스 회로 (5) 로서,
    상기 회로는:
    - 상기 센서 (3) 를 통하는 전류를 전류-대-전압 변환기 (9, Rf) 의 출력 단자 (10) 에서의 전압으로 변환하기 위해 상기 센서 (3) 의 제 1 단자 (WRK) 에 접속된 상기 전류-대-전압 변환기 (9, Rf);
    - 상기 센서 (3) 의 제 1 단자 및 제 2 단자 (WRK, REF) 사이에 실질적으로 고정된 전압 차이를 유지하기 위해 상기 센서 (3) 의 상기 제 2 단자 (REF) 와 제 3 단자 (CNTR) 사이에 접속된 제 1 증폭기 (7);
    - 상기 전류-대-전압 변환기 (9, Rf) 에 전력을 공급하기 위한 그리고 상기 제 1 증폭기 (7) 의 제 1 부분 (31) 에 전력을 공급하기 위한 전력 공급기 (11); 및
    - 상기 제 1 증폭기 (7) 의 제 2 부분의 고측 공급 단자 (39) 가 상기 전력 공급기 (11) 에 직접적으로 또는 간접적으로 접속되는 동안, 저측 공급 단자 (41) 를 통해 상기 제 1 증폭기 (7) 의 상이한 상기 제 2 부분에 전력을 공급하도록 구성된 네거티브 전압 변환기 (17) 를 포함하는, 센서 인터페이스 회로 (5).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부분 (31) 은 상기 제 1 증폭기 (7) 의 입력 스테이지 컴포넌트들을 포함하는 한편, 상기 제 2 부분 (37) 은 상기 제 1 증폭기 (7) 의 출력 스테이지 컴포넌트들을 포함하는, 센서 인터페이스 회로 (5).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급기 (11) 의 고측 출력 단자 (15) 는 상기 제 1 증폭기 (7) 의 상기 제 1 부분 (31) 에 전력을 공급하기 위해 상기 제 1 증폭기 (7) 의 상기 제 1 부분 (31) 의 고측 공급 단자 (33) 에 직접적으로 또는 간접적으로 접속되는, 센서 인터페이스 회로 (5).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 네거티브 전압 변환기 (17) 의 출력 단자 (23) 는 상기 제 1 증폭기 (7) 의 상기 제 2 부분 (37) 에 전력을 공급하기 위해 상기 제 1 증폭기 (7) 의 상기 제 2 부분 (37) 의 상기 저측 공급 단자 (41) 에 직접적으로 또는 간접적으로 접속되는, 센서 인터페이스 회로 (5).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급기 (11) 의 고측 출력 단자 (15) 는 상기 전류-대-전압 변환기 (9, Rf) 에 전력을 공급하기 위해 상기 전류-대-전압 변환기 (9, Rf) 의 고측 공급 단자 (27) 에 직접적으로 또는 간접적으로 접속되는 한편, 상기 전력 공급기의 저측 출력 단자 (13) 는 상기 전류-대-전압 변환기 (9, Rf) 의 저측 공급 단자 (29) 에 접속되는, 센서 인터페이스 회로 (5).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급기 (11) 의 고측 출력 단자 (15) 는 상기 제 1 증폭기 (7) 의 상기 제 2 부분에 전력을 공급하기 위해 상기 제 1 증폭기 (7) 의 상기 제 2 부분 (37) 의 고측 공급 단자 (39) 에 직접적으로 또는 간접적으로 접속되는, 센서 인터페이스 회로 (5).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급기 (11) 는 배터리인, 센서 인터페이스 회로 (5).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 네거티브 전압 변환기 (17) 는, 상기 네거티브 전압 변환기의 입력 단자가 상기 전력 공급기 (11) 의 고측 출력 단자 (15) 에 접속되도록, 상기 제 1 증폭기 (7) 와 상기 전력 공급기 (11) 사이에 배치되는, 센서 인터페이스 회로 (5).
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류-대-전압 변환기 (9, Rf) 는 제 2 증폭기 (9) 및 상기 제 2 증폭기 (9) 의 피드백 루프에 배치된 피드백 저항기 (Rf) 를 포함하는 트랜스-임피던스 증폭기를 포함하는, 센서 인터페이스 회로 (5).
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 네거티브 전압 변환기 (17) 는 고정 전위에서의 하나 이상의 기준 전압 단자들 (21, 25) 을 포함하는, 센서 인터페이스 회로 (5).
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 증폭기 (7), 상기 전류-대-전압 변환기 (9, Rf), 및 상기 네거티브 전압 변환기 (17) 는 단일 집적 회로 칩 상에 배열되는, 센서 인터페이스 회로 (5).
  12. 제 1 항에 있어서,
    전압 조정기가 상기 제 1 증폭기 (7) 및 상기 전력 공급기 (11) 및/또는 상기 네거티브 전압 변환기 (17) 사이에; 및/또는 상기 전류-대-전압 변환기 (9, Rf) 및 상기 전력 공급기 (11) 사이에 배치되는, 센서 인터페이스 회로 (5).
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 증폭기 (7) 는 제 1 증폭기 비-반전 입력부를 포함하고, 상기 전류-대-전압 변환기 (9, Rf) 는 제 2 증폭기 비-반전 입력부를 포함하는 제 2 증폭기 (9) 를 포함하며, 상기 제 1 증폭기 비-반전 입력부는 제 1 고정 전위 레벨에서 유지되도록 구성되는 한편, 상기 제 2 증폭기 비-반전 입력부는 상이한 제 2 고정 전위 레벨에서 유지되도록 구성되는, 센서 인터페이스 회로 (5).
  14. 청구항 제 1 항에 기재된 상기 센서 인터페이스 회로 (5) 및 전류측정식 전기화학 센서 (3) 를 포함하는 센서 시스템 (3).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전기화학 센서는 글루코오스 센서인, 센서 시스템 (3).
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