基于东芝产品的人体成分分析仪设计方案

随着公众对健康管理意识持续提升，全球健康监测设备市场正迎来爆发式增长。据DATA BRIDGE《全球个人健康设备市场规模、份额和趋势分析报告》显示，2024年全球个人健康设备市场规模已达175.1亿美元，预计2032年将攀升至372.8亿美元，2025－2032年复合年增长率高达8.60%。其中，精准便携的人体成分分析仪正是这一领域的关键设备之一。

为什么我们需要人体成分分析仪

作为现代健康管理的重要工具，人体成分分析仪利用生物电阻抗分析（BIA）技术，可精确测量体脂率、肌肉量、水分含量等多项关键指标，为使用者提供全面的身体成分数据。该设备在辅助营养评估和疾病诊断、健身监测训练效果、日常健康管理中具有不可替代的价值。

如何设计人体成分分析仪

低功耗和小型化对于人体成分分析仪的设计至关重要。本方案采用东芝半导体先进技术，以高性能、低功耗、小型化为核心设计目标，确保设备在精准测量的同时满足便携性需求。

方案提供了适用于人体成分分析仪的电源、传感器信号输入、面板显示、人体阻抗测量等几个部分的半导体产品选型及电路配置示例。

总体框图

系统主控采用东芝TX00系列TMPM061FWFG MCU作为核心处理单元。它基于ArmCortex－M0内核，能够在低功耗与高性能之间取得平衡。芯片内置高精度24位ΔΣ ADC，并集成功率计算引擎，可高效处理生物阻抗数据；同时内置USB设备控制器，适用于数字边缘设备应用。该芯片采用紧凑封装，功耗极低，能够在有限空间内提供充足的运算和存储能力。

电源采用的TCR3UM／TCR3DF／TCR3UF系列LDO稳压器，最大输出电流（IOUT(Max)）均为300mA，输出电压（VOUT）则分别为0.8－5.0V、1.0－4.5V、0.8－5.0V。以TCR3UM系列为例，该器件具备超低静态电流（0.34μA）和196mV低压差特性（3.3V／300mA），可在电池供电环境下实现稳定输出。其1.0mm×1.0mm超小封装和1μF陶瓷电容支持特性，使其特别适合高密度PCB设计，有效减少电路板占用空间。此外，该稳压器具备优异的电源抑制比（PSRR），可有效滤除电源噪声，为模拟电路提供纯净的供电环境。

电源框图

如上所述，面板显示系统中的LED驱动器和LCD模板均由东芝的TX00系列MCU进行控制。

面板显示系统

用于人体脂肪测量的阻抗测量单元采用TC75S67TU低噪声运算放大器。该器件的显著优势在于：具有超低噪声特性，在电源电压（VDD）为2.5V的典型工作条件下，其输入噪声电压（VNI）低至6nV／√Hz（典型值）；其低电流供应能力在VDD＝2.5V典型工况下，工作电流仅为430μA；超紧凑封装设计有助于节省电路空间。

压电元件电路

体脂测量电路则采用DF2B7AFU TVS二极管（ESD保护二极管），凭借快反向特性抵御移动设备接口等半导体器件的静电与噪声。它具有低动态电阻和卓越的保护性能，低电容特性适配高速信号应用，且采用2.5mm×1.25mm超紧凑封装，满足小尺寸需求。

在该电路设计中，运算放大器选用东芝TC75S102F——一款超低电源电流消耗单运算放大器。在VDD＝1.5V条件下，其典型电源电流低至0.27µA（典型值），输入偏移电压仅1.3mV（最大值），工作电压范围宽达1.5V至5.5V。

小信号MOSFET则采用东芝的SSM3K15AMFV（U－MOS III硅N沟道型），适用于负载开关应用的2.5V驱动，在VGS＝4V时最大导通电阻（RDS(ON)）为3.6Ω，栅源电压（VGS）＝2.5V时也有相应导通电阻表现。

人体脂肪测量阻抗测量电路

如何快速实现方案落地

东芝提供全方位设计构造解决方案，从器件选型、模块整合，到系统架构搭建、产品最终落地，均能给予客户一站式贴心服务。想要深入了解器件选型、性能评估以及整体设计理念，不妨访问东芝半导体官方网站，开启人体成分分析仪设计体验之旅！

关于东芝电子元件及存储装置株式会社

东芝电子元件及存储装置株式会社是先进的半导体和存储解决方案的领先供应商，公司累积了半个多世纪的经验和创新，为客户和合作伙伴提供分立半导体、系统LSI和HDD领域的杰出解决方案。

东芝电子元件及存储装置株式会社十分注重与客户的密切协作，旨在促进价值共创，共同开拓新市场，期待为世界各地的人们建设更美好的未来并做出贡献。