隨著公眾對(duì)健康管理意識(shí)持續(xù)提升，全球健康監(jiān)測(cè)設(shè)備市場(chǎng)正迎來爆發(fā)式增長。據(jù)DATA BRIDGE《全球個(gè)人健康設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模、份額和趨勢(shì)分析報(bào)告》顯示，2024年全球個(gè)人健康設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)175.1億美元，預(yù)計(jì)2032年將攀升至372.8億美元，2025－2032年復(fù)合年增長率高達(dá)8.60%。其中，精準(zhǔn)便攜的人體成分分析儀正是這一領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備之一。

為什么我們需要人體成分分析儀

作為現(xiàn)代健康管理的重要工具，人體成分分析儀利用生物電阻抗分析（BIA）技術(shù)，可精確測(cè)量體脂率、肌肉量、水分含量等多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，為使用者提供全面的身體成分?jǐn)?shù)據(jù)。該設(shè)備在輔助營養(yǎng)評(píng)估和疾病診斷、健身監(jiān)測(cè)訓(xùn)練效果、日常健康管理中具有不可替代的價(jià)值。

如何設(shè)計(jì)人體成分分析儀

低功耗和小型化對(duì)于人體成分分析儀的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本方案采用東芝半導(dǎo)體先進(jìn)技術(shù)，以高性能、低功耗、小型化為核心設(shè)計(jì)目標(biāo)，確保設(shè)備在精準(zhǔn)測(cè)量的同時(shí)滿足便攜性需求。

方案提供了適用于人體成分分析儀的電源、傳感器信號(hào)輸入、面板顯示、人體阻抗測(cè)量等幾個(gè)部分的半導(dǎo)體產(chǎn)品選型及電路配置示例。

總體框圖

系統(tǒng)主控采用東芝TX00系列TMPM061FWFG MCU作為核心處理單元。它基于ArmCortex－M0內(nèi)核，能夠在低功耗與高性能之間取得平衡。芯片內(nèi)置高精度24位ΔΣ ADC，并集成功率計(jì)算引擎，可高效處理生物阻抗數(shù)據(jù)；同時(shí)內(nèi)置USB設(shè)備控制器，適用于數(shù)字邊緣設(shè)備應(yīng)用。該芯片采用緊湊封裝，功耗極低，能夠在有限空間內(nèi)提供充足的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力。

電源采用的TCR3UM／TCR3DF／TCR3UF系列LDO穩(wěn)壓器，最大輸出電流（IOUT(Max)）均為300mA，輸出電壓（VOUT）則分別為0.8－5.0V、1.0－4.5V、0.8－5.0V。以TCR3UM系列為例，該器件具備超低靜態(tài)電流（0.34μA）和196mV低壓差特性（3.3V／300mA），可在電池供電環(huán)境下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。其1.0mm×1.0mm超小封裝和1μF陶瓷電容支持特性，使其特別適合高密度PCB設(shè)計(jì)，有效減少電路板占用空間。此外，該穩(wěn)壓器具備優(yōu)異的電源抑制比（PSRR），可有效濾除電源噪聲，為模擬電路提供純凈的供電環(huán)境。

電源框圖

如上所述，面板顯示系統(tǒng)中的LED驅(qū)動(dòng)器和LCD模板均由東芝的TX00系列MCU進(jìn)行控制。

面板顯示系統(tǒng)

用于人體脂肪測(cè)量的阻抗測(cè)量單元采用TC75S67TU低噪聲運(yùn)算放大器。該器件的顯著優(yōu)勢(shì)在于：具有超低噪聲特性，在電源電壓（VDD）為2.5V的典型工作條件下，其輸入噪聲電壓（VNI）低至6nV／√Hz（典型值）；其低電流供應(yīng)能力在VDD＝2.5V典型工況下，工作電流僅為430μA；超緊湊封裝設(shè)計(jì)有助于節(jié)省電路空間。

壓電元件電路

體脂測(cè)量電路則采用DF2B7AFU TVS二極管（ESD保護(hù)二極管），憑借快反向特性抵御移動(dòng)設(shè)備接口等半導(dǎo)體器件的靜電與噪聲。它具有低動(dòng)態(tài)電阻和卓越的保護(hù)性能，低電容特性適配高速信號(hào)應(yīng)用，且采用2.5mm×1.25mm超緊湊封裝，滿足小尺寸需求。

在該電路設(shè)計(jì)中，運(yùn)算放大器選用東芝TC75S102F——一款超低電源電流消耗單運(yùn)算放大器。在VDD＝1.5V條件下，其典型電源電流低至0.27μA（典型值），輸入偏移電壓僅1.3mV（最大值），工作電壓范圍寬達(dá)1.5V至5.5V。

小信號(hào)MOSFET則采用東芝的SSM3K15AMFV（U－MOS III硅N溝道型），適用于負(fù)載開關(guān)應(yīng)用的2.5V驅(qū)動(dòng)，在VGS＝4V時(shí)最大導(dǎo)通電阻（RDS(ON)）為3.6Ω，柵源電壓（VGS）＝2.5V時(shí)也有相應(yīng)導(dǎo)通電阻表現(xiàn)。

人體脂肪測(cè)量阻抗測(cè)量電路

如何快速實(shí)現(xiàn)方案落地

東芝提供全方位設(shè)計(jì)構(gòu)造解決方案，從器件選型、模塊整合，到系統(tǒng)架構(gòu)搭建、產(chǎn)品最終落地，均能給予客戶一站式貼心服務(wù)。想要深入了解器件選型、性能評(píng)估以及整體設(shè)計(jì)理念，不妨訪問東芝半導(dǎo)體官方網(wǎng)站，開啟人體成分分析儀設(shè)計(jì)體驗(yàn)之旅！

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