可穿戴无创血糖传感器 PCB 设计要点：平衡精度、功耗与佩戴体验

一、柔性基材选择：适配人体佩戴的核心基础

• 基材类型：优先选择医用级 PI（聚酰亚胺）基材（如杜邦 Kapton HN），厚度 0.05-0.1mm（0.08mm 为最佳，兼顾柔性与强度），Tg（玻璃化转变温度）≥260℃（耐受高温焊接与人体温度波动），吸水率≤0.5%（避免汗液渗入导致线路腐蚀）；
• 铜箔选择：采用压延铜箔（而非电解铜），厚度 1oz（0.035mm），延展性≥15%（弯曲半径 5mm 时可承受 10000 次弯曲无断裂），铜箔表面粗糙度 Ra≤0.1μm（减少信号传输损耗）；
• 粘结剂：选用医用级环氧树脂粘结剂（如 3M 9495LE），耐温范围 - 40-150℃，粘结强度≥15N/cm（避免层间分层），且需通过 ISO 10993-1 皮肤刺激性测试（无致敏性）；
• 案例：某传感器 PCB 初期选用 0.12mm 厚 PI 基材，佩戴时贴合度差（手腕弯曲时有紧绷感）；改用 0.08mm 基材后，贴合度提升，90% 用户反馈无不适感。

二、低功耗电路布局：保障长续航的关键

• 电源线路优化：
  • 电源线路铜箔厚度 1oz，线宽根据电流确定（如电池输出线路 1mm 宽，承载 100mA 电流；MCU 供电线路 0.2mm 宽，承载 10mA 电流），压降≤50mV（避免元件供电不足）；
  • 电源层与接地层相邻（层间距 0.1mm），形成耦合电容（抑制电源噪声），电源层面积≥PCB 总面积的 30%（降低阻抗）；
• 元件选型与布局：
  • 选用低功耗元件：MCU（STM32L431，休眠电流 0.5μA）、ADC（ADS1220，工作电流 150μA）、蓝牙模块（nRF52832，休眠电流 2.5μA）；
  • 高功耗元件（如无线模块、近红外光源）集中布局，靠近电源接口（减少供电路径），且独立控制（非工作时断电，通过 MOS 管开关，如 AO3400，导通电阻 50mΩ）；
• 休眠模式设计：
  • 分模块休眠：传感模块每 5 分钟唤醒 1 次（采集 10 秒），无线模块每 30 分钟唤醒 1 次（传输 1 秒），其余时间断电；
  • 电源域隔离：将 PCB 分为 “核心电源域”（MCU、实时时钟，电流 5μA）与 “非核心电源域”（传感、无线，电流 50μA），休眠时仅保留核心域供电。

三、高精度信号链路设计：确保血糖检测 accuracy

• 模拟信号抗干扰：
  • 接地设计：模拟地（AGND）与数字地（DGND）独立分区，通过 0Ω 电阻单点连接（靠近 ADC），AGND 平面完整无镂空（减少噪声耦合）；
  • 滤波设计：传感信号线路串联 RC 滤波（R=1kΩ，C=100nF，陶瓷电容，靠近传感元件），ADC 参考电压（VREF）旁放置 10μF 钽电容 + 0.1μF 陶瓷电容（距离 VREF 引脚≤1mm）；
  • 隔离设计：模拟信号区与数字信号区间距≥2mm，中间加接地隔离带（宽度 1mm），避免数字噪声（如蓝牙模块的 2.4GHz 信号）耦合至模拟链路；
• 信号放大链路：
  • 低噪声运放（如 AD8233）靠近传感元件（距离≤3mm），输入线路短而直（长度≤5mm，线宽 0.15mm），避免信号衰减；
  • 运放供电线路独立（不与其他元件共用），串联 100Ω 电阻 + 10nF 电容滤波（抑制电源噪声）。

四、生物相容性设计：安全佩戴的前提

• 表面处理：
  • 优先选择沉金（金层厚度 0.1-0.5μm，无镍释放，镍易引发皮肤过敏），其次为无铅镀锡（锡层厚度 5-10μm，纯度 99.9%），避免使用喷锡（含铅，且表面粗糙易藏污）；
  • 暴露在皮肤接触区域的 PCB 表面，涂覆医用级硅氧烷涂层（厚度 5-10μm，如 Dow Corning 734），提升亲肤性，且耐汗液腐蚀（浸泡在人工汗液中 240 小时无涂层脱落）；
• 边缘处理：PCB 边缘做圆角处理（半径≥0.5mm），避免尖锐边缘划伤皮肤；柔性 PCB 的弯折区域无元件（预留 2mm 空白），防止弯折时元件压迫皮肤。

五、微型化布局：适配可穿戴设备尺寸

• 元件封装：以微型封装为主，电阻电容用 0402（1.0mm×0.5mm），IC 用 QFN（如 ADC 用 QFN16，3mm×3mm）或 CSP（如 MCU 用 CSP6，2mm×2mm），减少元件占用面积；
• 布线设计：线宽 0.1-0.15mm，线距 0.1mm（符合制造能力），采用激光钻孔（孔径 0.1mm，盲孔 / 埋孔）减少过孔占用面积；
• 模块集成：将传感模块、信号处理模块、无线模块呈 “线性布局”（如手腕式 PCB 沿长度方向排列），避免模块重叠导致厚度增加（总厚度≤0.5mm）。