新款CGM扩展监测指标 AFE芯片方案如何调整

CGM（连续血糖测试仪）这几年越来越流行了。

国际糖尿病联盟发布的《IDF Diabetes Atlas 2025》显示，全球20～79岁糖尿病患者已经达到5.89亿，差不多每9个成年人中就有1人患糖尿病，到2050年预计还会增加到8.53亿。中国糖尿病患者约1.48亿，是全球糖尿病患者数量最多的国家。

过去测血糖，很多人首先想到的是指尖采血。一天测几次，得到的只是几个时间点的数据，中间到底发生过什么看不到。CGM则把微型传感器放到皮下，持续检测组织间液中的葡萄糖变化，再把数据传到手机。

所以CGM最大的优势并不是把一次血糖测得更准，而是把几个离散的数据点变成一条连续曲线，从而方便监控。这里需要说明，CGM虽然中文通常叫“连续血糖监测”，实际上并不是不停地抽血。传感器主要测量的是皮下组织间液中的葡萄糖，再通过算法得到连续葡萄糖数据。

目前全球最知名的CGM产品之一，就是雅培的FreeStyle Libre CGM产品系列。包括Libre 2、Libre 3、Libre 3 Plus等。比如Libre 3 Plus，一枚传感器可以连续佩戴15天，期间自动把葡萄糖数据传到手机。

根据雅培2026年披露的数据，FreeStyle Libre全球用户已经超过800万。另一家CGM龙头Dexcom截至2025年底也拥有约350万用户。不同类型糖尿病患者对CGM的临床需求、医保覆盖和支付能力并不一样，不能简单把全部糖尿病患者都算成潜在用户，但至少可以看出，CGM已经形成千万级用户市场，而且仍处于持续渗透阶段。

另外，CGM对半导体厂商还有一个比较特殊的地方：传感器组件是耗材。

以Libre 3 Plus为例，一枚传感器使用15天以后就需要更换。随着CGM越来越高度集成，AFE、MCU、无线通信、电源管理等电子器件也逐渐跟着一次性传感器组件一起更新。

一个长期使用CGM的人，一年可能就需要二三十枚传感器。因此，对于医疗健康相关的芯片厂商而言，是一个值得关注的长期市场。

日前，纳芯微正式推出面向CGM应用的电化学传感器模拟前端（AFE）芯片——NSA1080，也再次引燃了这一市场。

今年8月25日，美国FDA授权了雅培 Libre Duo 10天连续血糖与酮体监测系统。它可以连续佩戴10天，同时监测葡萄糖和酮体。这是美国第一款能够连续监测酮体的可穿戴设备，也是全球第一款在同一设备中同时连续监测葡萄糖和酮体的产品。

为什么还需要测酮体？实际上葡萄糖能够反映人体的糖代谢情况，但不能覆盖所有代谢风险。当人体缺乏足够胰岛素、无法正常利用葡萄糖时，会增加脂肪分解，并产生酮体。如果酮体持续积累，严重时可能发展成糖尿病酮症酸中毒，也就是DKA。

过去检测酮体，大多需要抽血或者使用试纸，同样只能得到一个时间点的数据。而连续酮体监测（CKM）则可以把离散数据变成一条连续曲线进行分析。

Libre Duo的出现说明，“血糖+酮体”检测正在成为商业化的逻辑，这也意味着AFE前端芯片也需要跟着改变。

最近，纳芯微就推出了CGM专属电化学传感器AFE NSA1080，并明确把血糖+酮体双指标监测作为产品方向之一。

CGM里面最靠近传感器的芯片，就是电化学模拟前端，也就是AFE。

目前主流CGM基本还是采用电化学方法。以葡萄糖为例，组织间液中的葡萄糖与传感器上的酶发生反应以后，会形成与葡萄糖浓度相关的微弱电流。

普通MCU虽然普遍都有ADC，但通常缺少完整的nA、pA级别的模拟检测链路，因此电极前面仍然需要一颗专门的AFE。

因此，一套典型CGM信号链，大致可以看成：传感电极 → 恒电位仪 → TIA → ADC → MCU/蓝牙 → 手机

在AFE中，主要由以下几部分构成：

• 恒电位仪负责建立并维持电极需要的工作电位。

• TIA（跨阻放大器），负责把传感器产生的微弱电流转换成电压。

• ADC再将模拟信号数字化，最后交给MCU处理，并通过蓝牙传出去。

• 所以电化学AFE并不是简单放了一颗高精度ADC，而是一整套围绕电极设计的模拟信号链。

传统血糖仪BGM和CGM虽然都大量采用电化学方法，但两者对AFE的要求并不一样。根据纳芯微给出的数据，传统葡萄糖测量大约需要3nA级的电流分辨率，而血酮、尿酸等指标可能进一步要求0.5nA级分辨率以及1%左右的高精度。

BGM使用的是一次性电化学试纸测试血液，一次检测通常只持续几秒到几十秒，反应电流可以达到µA级，信噪比强。BGM方式结构简单，而且试纸只使用一次，对长期电位漂移不敏感。因此很多BGM试纸采用两个电极，一个工作电极WE，另一个电极同时承担参考（RE）和对电极（CE）的作用。

WE是工作电极，负责发生目标电化学反应。

RE是参考电极，主要提供稳定的电位参考，理想情况下基本不承担电流。

CE是对电极，承担实际电流回路。

而CGM则要在皮下连续工作十几天，测试的是信号弱同时功耗也要低，因此CGM更常采用WE、RE、CE分离的三电极结构。

恒电位仪持续调节CE，使WE与RE之间的电压保持在设定值附近。这样可以把“提供参考电位”和“承担电流”两个任务分开，降低参考电极极化和电位漂移对测量结果的影响。

总得来说，BGM主要解决的是怎么把一次血糖测准，CGM则要关注怎么用很低的功耗，把更弱的电化学信号连续测很多天。

这也让CGM AFE的设计考量更加复杂，包括TIA输入漏电、输入等效噪声、掉电功耗、温漂和长期稳定性。

如下图所示是BGM和CGM的测试原理图示例。

两电极BGM测试

三电极CGM测试

如果只测葡萄糖，一个工作电极就可以完成主要测量。

但葡萄糖和酮体是两种不同物质，对应的敏感材料、酶体系以及工作电位都可能不同。

如果希望在同一块贴片中同时、独立地连续监测葡萄糖和酮体，一个比较直接的方案，就是配置两个工作电极，并由AFE分别控制和读取。

比如一路工作电极用于葡萄糖，另一路用于酮体。

所以双通道AFE为“血糖+酮体”提供了一个重要的硬件基础。

目前，市场上出现了众多4电极的产品，在酮体测试之前，多出来的电极也可以用于参考、冗余、背景补偿，或者在不同工作电位下测量。而真正做成血糖+酮体，还需要传感材料、电极结构、酶体系、算法和临床校准一起配合。

以下则盘点CGM AFE领域的主要厂商。

ADI是较早进入这一领域的模拟厂商之一。

MAX30131、MAX30132、MAX30134分别对应1、2、4通道超低功耗电化学AFE。

以MAX30134为例，它最多可以提供4路独立直流电化学测量，每一路都有对应的电极偏置和电流测量资源；内部最多集成4颗12位DAC和4颗16位电流ADC，电流ADC分辨率可以在0.8pA～30pA之间配置。

ADI的MAX3013x系列产品

单个2端或3端传感器持续偏置时，典型供电电流约3.5µA，每增加一颗传感器，大约增加0.25µA。

ADI还有一个其他CGM AFE里不太常见的功能：EIS电化学阻抗谱。

MAX30134除了4路独立DC电流测量，还另外提供1路可以在不同传感器之间切换的EIS通道。

EIS不是CGM测量葡萄糖浓度的必要条件。普通CGM依然主要通过恒电位控制和安培法读取反应电流；EIS则是在原有直流偏置上叠加交流激励，进一步获取电极界面的复阻抗信息，可以用于更复杂的传感器表征和诊断。

TI以前有LMP91000这样的通用电化学AFE，但最近针对CGM又做了一套新的方案。

2025年底发布的TIDA-010300是一套专门面向CGM的低功耗参考设计，整个PCB直径不到20mm。

其中无线连接由CC2340R5 蓝牙 LE MCU负责，另外也提供一颗独立的双通道超低功耗电化学AFE，并支持2、3、4电极配置。

NXP今年推出的NHS2634同样是一颗多通道电化学AFE。

它最多可以灵活配置4个工作电极，除了安培法检测，还能进行计时安培、电压和温度测量。

特别的是，NXP还把NFC、电池开关等功能集成进芯片，支持NFC唤醒，通过灵活的ISO-DEP协议接口连接主机处理器。此外，还可以进行自主定时测量，并将测量结果暂存在内部RAM，再通知主控读取。

在功耗方面，货架模式(Shelf-mode)电流为15nA；使用低带宽缓冲器为一个恒电位仪通道生成偏置电压的电流为2.5μA；在使用LBW缓冲器进行测量时(包括偏置电压生成)，单工作电极(WE)的感测模式电流则为5μA。

安森美的CEM102也是一颗双通道电化学AFE。它支持1～4电极结构，可以与自家的RSL15 蓝牙 LE MCU配合组成CGM方案。

CEM102在传感器偏置模式下典型功耗约2µA，18位ADC持续转换时约3.5µA，封装尺寸为1.884mm×1.848mm，同时支持1.5V氧化银电池和3V级纽扣电池方案。

尽管目前CGM主导厂商依然是美国，但国内的CGM AFE芯片早已是一片激烈竞争的红海市场，毕竟AFE除了CGM和医疗之外，还可以用于其他诸多方面。

除了这次推出NSA1080的纳芯微，包括汇顶、领慧立芯、深谙微、昇陌微、列拓、申益等厂商都已经进入。

而且几家的打法并不完全一样。

今年7月，汇顶又推出GR511x 面向消费级医疗应用推出的SoC，集成低功耗蓝牙MCU和电化学前端（AFE）等核心模块，适用于动态葡萄糖监测（CGM）、汗液分析检测等场景。

该芯片采用紧凑封装，尺寸仅3 × 3 × 0.77 mm，可为CGM产品的结构优化与轻薄化设计释放更多空间，顺应设备小型化的发展趋势。同时，GR511x集成高性能AFE，可实现0.3mV偏置电压精度，且在0-5nA范围内电流检测误差不超过50pA，为高精度体征信号采集提供了可靠保障。值得一提的是，GR511x具备超低功耗特性，还支持船运模式，电流低至20 nA，典型工作电流低至20 μA，不仅可有效降低产品在供应链运输及渠道库存阶段的电量损耗、提升交付可用性，还能在实际佩戴过程中提供更稳定的续航支持，减少产品更换频次，进一步优化用户体验。

基于Arm China®️STAR-MC1 内核（兼容 Cortex®️-M33），GR511x集成了2.4GHz射频（RF）收发机、低功耗蓝牙6.1协议栈、112 KB/160 KB 系统 RAM、512 KB/1 MB 片上 Flash，以及电化学前端（AFE）和丰富的外设。内置电化学前端（AFE）支持 2 电极、3 电极和 4 电极电化学检测，集成温度传感器，并支持外接 NTC，满足高精度血糖数据采集需求。

领慧立芯的LHE330x也是较早进入国产CGM AFE的一组产品。

其中LHE3302提供两路独立直流测量通道，支持2、3、4电极传感器；LHE3301则是单通道版本。

芯片集成12位DAC和16位ADC，最低传感器偏置模式电流约3.4µA，同时集成温度检测、FIFO和SPI接口，WLCSP尺寸为1.6mm×2mm。

LHE330x系统框图

深谙微SAF6001/SAF6002把重点放在尺寸和功耗上。

两颗AFE采用1.4mm×1.4mm WLCSP，支持二、三、四电极传感器，外围最少只需要3颗滤波电容。

关断模式电流约7nA，传感器偏置模式约2.1µA，在ADC每秒转换一次的情况下，测量模式电流约4.1µA。

SAF6001/SAF6002系统框图

昇陌微Xmoore的XMB1000则已经进入瑞萨的CGM参考设计。

XMB1000可以连接2～4极电化学传感器，并集成0～50℃温度检测，最低可以在1V供电下工作，封装尺寸为2mm×2mm。

瑞萨使用XMB1000搭配其DA14531低功耗蓝牙SoC，组成过一套约18mm的CGM参考设计。

列拓LTCGM1272同样面向CGM，内部集成低功耗恒电位仪、可配置TIA、ADC和FIFO，支持2、3电极结构。

在0～20nA量程下，官方给出的输入电流分辨率为0.02nA。

列拓还把AFE、PMIC、MCU和BLE组合成一套完整CGM芯片方案。

申益科技的IPA1302则支持1、2、3个工作电极进行直流电流测量，WE支持双极性电流检测，工作电流根据配置可以做到5µA以下。

放到这些产品中比较，NSA1080最显著的优势是率先提出了血糖+酮体双通道测量。

而针对工程应用，纳芯微还提出了目前CGM所面临的四大考验。

（1）生理信号极微弱，容易被噪声淹没：传统血糖测量仅需约 3nA 级电流分辨率，而血酮、尿酸等指标要求达到0.5nA级的分辨率与1%的高精度，对芯片噪底、跨阻放大器（TIA）输入漏电流提出极高要求。一旦底噪偏高或者芯片存在漏电，本就微弱的生理信号就会被噪声掩盖。

（2）全天候连续采样，同时要求超长续航：贴片内置的纽扣电池容量有限，但要维持7~30天不间断工作。系统平均功耗需要控制在微安级别（典型要求：0.5Hz 采样率下整机功耗低于 8 µA），芯片任何不必要的功耗开销，都会缩短贴片的可用周期。

（3）出厂校准繁琐，拉高整机生产成本：每个生化传感器个体有微小差异。如果芯片本身出厂时没有经过高精度的单片出厂标定，医疗设备厂商就需要在产线搭建昂贵的多点精密电流源，完成逐片校准。该流程耗时耗力，会拉低直通率，抬升整机生产成本。

（4）微型封装易受光照干扰，传统遮光工艺增加生产负担：为了让贴片足够薄，行业普遍选用 WLCSP 裸片级小封装。但这种封装容易透光，硅片受光线照射会产生光生电流，导致测量基准漂移、数据失真。传统方案里，厂商需要在外面涂上一层黑胶来遮光，工艺繁琐且容易产生贴片不良。 

针对四大难题，纳芯微围绕信号采集、功耗控制、出厂标定、硬件封装等方面，实现了全方位优化。

（1）0.5pA 超低噪底与双通道架构，兼顾血酮与微量监测NSA1080模拟链路具备极低的底噪与皮安（pA）级漏电控制。NSA1080在反馈电阻Rf＝3.2 MΩ配置下，RMS噪声低至0.5 pA，在5～45°C范围内，跨阻放大器（TIA）输入偏置电流为较小。NSA1080集成24位ADC，提供100 kΩ～12.8 MΩ多档可编程TIA增益，并支持滤波配置。研发团队可根据传感器输出的电流范围和采样需求，灵活配置采样参数。在此基础上，NSA1080集成的双通道恒电位仪支持两个工作电极同时工作，可为电化学检测提供所需的电极偏置条件，并支持双路信号采集。配合相应传感器和算法，设备厂商可进一步开发血糖＋酮体双指标监测应用。

（2）分级功耗管理，灵活适配电池方案自动掉电机制：NSA1080采用自动状态机流转，在非测量间歇期，硬件上可单独动态关断TIA、ADC、基准源等高功耗模块，减少间歇期不必要的耗电。滑动平均滤波：NSA1080硬件内置滑动平均算法，保持高输出数据率（ODR）的同时显著降低ADC的实际唤醒次数，MCU拥有更多休眠时间。拓宽电池方案选择：NSA1080支持2～3.3 V电池直接供电，也支持1.2～1.8 V低压供电，便于研发团队结合贴片尺寸、电池容量和续航目标，选择合适的供电方案。

（3）出厂标定+片上温度传感，简化系统测试与电路设计出厂标定，即插即用。NSA1080在出厂测试中完成增益标定，增益误差控制在±0.1%以内，客户端不再需要在测试产线上架设多点精密电流源进行逐片系统标定，显著提升生产线直通率，降低测试硬件折旧成本。芯片还内置温度传感器，在5～45°C范围内测温精度为±0.5°C，无需片外挂载分立温度传感器即可完成电化学反应的温漂算法补偿，简化电路和物料配置。NSA1080 采用 WLCSP-25 封装，本体尺寸仅 1.96 mm × 1.96 mm，适合空间受限的贴片设备布局。该封装选用遮光材质，能够降低环境光对芯片内部电路的干扰，产线无需增加黑胶涂覆工序。同时可提供定制化小尺寸 QFN 封装供选型。

（4）小尺寸遮光封装，适配贴片紧凑设计NSA1080 采用 WLCSP-25 封装该封装选用遮光材质，能够降低环境光对芯片内部电路的干扰，产线无需增加黑胶涂覆工序。同时可提供定制化小尺寸 QFN 封装供选型。

Abbott Libre Duo的出现说明，CGM开始从单一葡萄糖监测，向多代谢指标监测发展，这也会改变AFE的发展。

除了低功耗、高准确度成为了CGM的必选项之外，多通道也要成为一大关键指标。

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