集成型混合信號微控制器配合便攜醫療感測應用增長(cháng)

　　注重精密性能及靈活性、軟件可重配置的傳感器接口代表能夠藉軟件配合寬范圍的應用。諸如通用串行總線(xiàn)(USB)及液晶顯示器(LCD)驅動(dòng)器等多種接口確保此方案能夠快速地集成至寬范圍的高性?xún)r(jià)比應用，而片外元器件數量極少。

　　挑選處理器

　　近年來(lái)，由于需要具備集成力及集成最新技術(shù)和功能，導致所有終端市場(chǎng)的電子產(chǎn)品在重新設計(design re-spin)前的平均壽命大幅縮短。ARM Coretex-M3等內核支持在平臺與新迭代現有設計之間，透過(guò)直接的軟件變更而非從頭開(kāi)始(ground up)的固定設計，進(jìn)行簡(jiǎn)單的移植。ARM Cortex-M3這樣的32位架構標準內核也能更好符合當前及下世代便攜醫療設備設計日漸增多的運算及連接要求。透過(guò)結合這類(lèi)內核及軟件可配置的模擬前端，微控制器的可擴展性及靈活性得到了進(jìn)一步增強。

　　將功率需求降至最低

　　過(guò)去十年來(lái)，可移植性是眾多電子設備設計的焦點(diǎn)，而在小外形因數條件下渴求結合可移植性與數量日漸增多之功能已經(jīng)成為醫療市場(chǎng)的趨勢。在電池技術(shù)沒(méi)有飛越的情形下，渴求增加功能、減小總體尺寸同時(shí)還維持可接受及可行的電池壽命水平，已經(jīng)滋生不少挑戰。這導致便攜設備制造商耗費相當多時(shí)間及資源來(lái)確保他們的元器件使用具有更高能效的架構、技術(shù)及功能。

　　在醫療感測應用的微控制器案例中，多種工作模式能夠幫助實(shí)現大幅節能及延長(cháng)電池充電或換電池間隔的時(shí)間。工作(active)、待機(standby)及休眠(sleep)模式下消耗的電流電平必須依次降低，血糖儀這樣的便攜感測設備每天僅有約5分鐘時(shí)間處在“導通”狀態(tài)，一枚鈕扣電池可以用很多個(gè)月甚至是數年。例如，安森美半導體專(zhuān)門(mén)設計用于醫療領(lǐng)域便攜精密感測操作的Q32M210精密混合信號微控制器在處理器內核以1 MHz頻率運行的工作狀態(tài)下僅消耗不到1 mA的電流，待機模式下電流消耗約為26 µA，而以實(shí)時(shí)頻率工作的休眠模式下電流消耗不到750 nA。在典型的血糖儀應用中，在處理器內核每天以8 MHz(等同于10 DMIPS)工作5分鐘的情形下，Q32M210采用單個(gè)電池可以工作超過(guò)630天。

　　集成的綜合優(yōu)勢

　　便攜精密感測醫療設備市場(chǎng)也已經(jīng)幫助推動(dòng)在單個(gè)元器件中集成盡可能多功能的潮流。此類(lèi)集成的優(yōu)勢包括減少元器件總數量、降低印制電路板(PCB)復雜度、降低系統總成本及減小系統尺寸。

　　先進(jìn)的混合信號技術(shù)令集成型微控制器設計人員能夠在同一塊芯片上以極近的間距可靠地結合模擬與數字功能。同樣以Q32M210為例，除了中央微控制器，還有可能集成像閃存及SRAM(用于儲存用戶(hù)及程序數據)、電源管理電路(用于將能效提升至最高)、傳感器接口及模擬前端(模擬/數字及數字/模擬轉換)、片上脈寬調制(PWM)、靈活的頻率及I/O(包括各種數據及顯示接口)等元器件。

　　集成還提供其它重要優(yōu)勢，如因要布設的元器件數量減少而簡(jiǎn)化封裝及提升可靠性等?？煽啃允峭高^(guò)集成功能的不同區塊之間的互連實(shí)現有效的片上硬聯(lián)機并封裝在微控制器的封裝內來(lái)提高的。在欠缺集成度的設備設計中，外部元器件不計其數，PCB走線(xiàn)互連及焊接點(diǎn)會(huì )帶來(lái)潛在的可靠性弱點(diǎn)。

　　精度、可靠性及準確度

　　除了上面所述的集成型設計提供的可靠性，內嵌式電源管理功能也幫助提高可靠性，并提供電池壽命存續期間確定性的、可預測的特性。集成型電荷泵能夠在較寬并可能波動(dòng)的輸入電壓范圍(如從3.6 V到1.8 V)內持續地為前端和提供輸入欠壓保護的電源監控器供電，均增強了集成型精密混合信號微控制器的可靠性。

　　醫療感測應用的準確度至關(guān)重要，因為如果憑借/不憑借病患本身或專(zhuān)業(yè)醫療人士提供的不準確或破壞的數據，病患的健康就會(huì )受到不利影響。設備本身必須在其長(cháng)使用壽命期間可靠工作，確保測量沒(méi)有失準。為了維持程序代碼及記錄的病患數據的完整性，可以片上集成錯誤檢測及校正電路，從而監視閃存。這樣在檢測到雙位或更多位的錯誤時(shí)，就能校正單一位(single-bit)錯誤，并觸發(fā)告警。