靈活時(shí)鐘源

　　由于多種操作模式帶來(lái)的好處，內(nèi)部時(shí)鐘(ICS)為低功耗方案的外圍提供了提高或降低設(shè)備操作頻率的能力。更高的操作頻率導(dǎo)致運(yùn)行模式下更高的功耗。根據(jù)應(yīng)用的需求，在低頻上運(yùn)行使功率降低 大約500μA每MHz。ICS使嵌入式開發(fā)的設(shè)計(jì)者能更好地調(diào)節(jié)MCU的性能來(lái)優(yōu)化功耗。

　　時(shí)鐘門控技術(shù)

　　為了進(jìn)一步減低運(yùn)行模式的功耗，每個(gè)低功耗平臺(tái)上的外圍設(shè)備有時(shí)鐘門控的能力。時(shí)鐘門控技術(shù)是將發(fā)送到外圍設(shè)備上的時(shí)鐘信號(hào)關(guān)閉。通過(guò)時(shí)鐘門控技術(shù)，一個(gè)單一的外圍設(shè)備僅僅減低幾十微安的功耗，為了達(dá)到最低的功耗，有必要關(guān)閉每個(gè)不需要的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)把所有外圍設(shè)備時(shí)鐘關(guān)閉時(shí)，時(shí)鐘門控技術(shù)可以降低運(yùn)行模式下大約1/3的功耗。

　　使用飛思卡爾方案的葡萄糖檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

　　前面描述的特性可以結(jié)合在一起在低功耗方面優(yōu)化一個(gè)便攜式醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)，例如血糖儀(圖3，圖4)。

　　低功耗振蕩器可以被用來(lái)提供非常低的待機(jī)功耗并保持準(zhǔn)確的時(shí)間，這就使血糖儀可用作保存準(zhǔn)確的葡萄糖水平測(cè)量歷史記錄以備查詢。

　　使用靈活的操作模式和內(nèi)部時(shí)鐘(ICS)，血糖儀固件可以設(shè)計(jì)成這樣的情況： 當(dāng)需要復(fù)雜的計(jì)算來(lái)進(jìn)行一個(gè)葡萄糖測(cè)量時(shí)， 可以提高M(jìn)CU性能來(lái)縮短處理時(shí)間，方便用戶的使用。

　　最后，時(shí)鐘門控技術(shù)可以節(jié)約額外的功耗。這些技術(shù)的使用可以使一節(jié)電池的工作時(shí)間更長(zhǎng)。它能夠使開發(fā)者使用一節(jié)更小的電池，這樣一來(lái)就增強(qiáng)了便攜性，方便了用戶的使用。

　　混合信號(hào)集成

　　對(duì)一個(gè)葡萄糖儀設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)最重要的是進(jìn)行葡萄糖測(cè)量中電化學(xué)反應(yīng)中小信號(hào)分析的能力。一個(gè)分析步驟是要認(rèn)識(shí)生物傳感器電信號(hào)輸出的峰值。利用模擬比較器(ACMP)外設(shè)，飛思卡爾的MCU能夠在一個(gè)峰值達(dá)到時(shí)候的產(chǎn)生一個(gè)中斷。

　　下一步驟是需要準(zhǔn)確定時(shí)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)葡萄糖試紙的線性衰減輸出進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 許多飛思卡爾器件都有一個(gè)特性豐富的 12比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器( ADC) ，它能使這些測(cè)量成為可能。ADC具有這些特性：比如自動(dòng)比較和靈活的轉(zhuǎn)換時(shí)間的設(shè)置，它們對(duì)于這種應(yīng)用是很理想的。

　　最后，8比特或32比特的CPU被用來(lái)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析。樣品 (血液)和葡萄糖試紙之間的化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)線性衰減信號(hào)，需要幾秒鐘的時(shí)間進(jìn)行處理。CPU使用時(shí)間平均或更復(fù)雜的IIR濾波對(duì)輸入信號(hào)就進(jìn)行一些濾波。平均值在沿著輸入信號(hào)線性衰減的一些點(diǎn)上被采集，從這些點(diǎn)上就可以計(jì)算出線性衰減的斜率。就是這個(gè)斜率將直接和血糖水平數(shù)值相關(guān)聯(lián)。

　　在飛思卡爾MCU的片上集成模擬功能，為許多系統(tǒng)節(jié)約成本。一個(gè)明顯的好處就是它降低了對(duì)外部IC的需求。這樣一來(lái)就減小了BOM和板子的空間。同時(shí)，片上模擬功能也具有低電壓檢測(cè)和內(nèi)部帶隙參考電壓的特性，這些能進(jìn)一步降低成本。

　　顯示特性

　　隨著L系列具有集成LCD驅(qū)動(dòng)的8位MCU的發(fā)布，飛思卡爾為便攜式醫(yī)療設(shè)備提供了理想的顯示功能。在這些設(shè)備上的LCD驅(qū)動(dòng)具有以下的特性，它能夠降低成本并為血糖儀提供更多的功能。

　　首先，飛思卡爾增加了把任意MCU引腳功能配置成前線(segment)或背線(common)的能力。通過(guò)這種特性，信號(hào)布局可以被優(yōu)化，從而使PCB板空間減小。這一特性也可快速適應(yīng)LCD屏設(shè)計(jì)的變化，因?yàn)橛布母淖兛梢员卉浖?jí)來(lái)解決。在飛思卡爾的應(yīng)用筆記(LCD驅(qū)動(dòng)說(shuō)明)中記錄了一個(gè)靈活應(yīng)用LCD驅(qū)動(dòng)的例子，用戶可以在www.freescale.com網(wǎng)站上下載PDF文檔(文檔號(hào) AN3796)

　　其次，利用LCD信號(hào)的X8 模式， 新的LCD驅(qū)動(dòng)可以用更少引腳驅(qū)動(dòng)更多的段碼。通過(guò)這種功能，它僅需使用28個(gè)引腳(8×20) 就可以驅(qū)動(dòng)160個(gè)LCD 段碼。在許多同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品上，同樣的功能需要44個(gè)引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)使用更少的引腳，PCB板的尺寸和連接空間被減小了，這使更多袖珍的便攜式醫(yī)療設(shè)計(jì)成為可能。

　　最后，LCD驅(qū)動(dòng)有出色的低功耗的表現(xiàn)。低功耗在設(shè)計(jì)的每個(gè)方面均考慮到。最終結(jié)果是當(dāng)LCD被連接到整個(gè)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的功耗低到僅有1.5μA。這一表現(xiàn)，加上低功耗閃爍模式(當(dāng)停止模式時(shí)顯示閃爍的能力)使產(chǎn)品開發(fā)者能為他們的便攜式醫(yī)療設(shè)計(jì)降低平均70%的功耗 。這將導(dǎo)致顯著的電池使用壽命的延長(zhǎng)，更進(jìn)一步的在最終設(shè)備中改變需要的電池類型而節(jié)約成本。

　　在血糖儀設(shè)計(jì)中，一個(gè)可視化的顯示是必要的。它使病人能夠讀到測(cè)量結(jié)果。用飛思卡爾的S08L系列微控制器，可以用單芯片獲得LCD顯示功能和一流的低功耗性能。飛思卡爾也提供軟件方案允許簡(jiǎn)單的LCD屏的定制和快速的LCD GUI開發(fā) 。此外，通過(guò)參考“ LCD驅(qū)動(dòng)說(shuō)明”參考設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者可以減少他們總的開發(fā)時(shí)間。

　　連接

　　從血糖儀到計(jì)算機(jī)的信息傳輸能力對(duì)新的血糖儀的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的選項(xiàng)。飛思卡爾的MCU集成了許多外設(shè)可以提供這類連接，例如：SPI，SCI和I2C, 這使得系統(tǒng)時(shí)間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)。使用SPI，MCU可以容易地連接到ZigBee收發(fā)器來(lái)提供靈活的，低功耗的無(wú)線連接。

　　結(jié)論

　　飛思卡爾在低功耗和混合信號(hào)集成方面的領(lǐng)先技術(shù)使其開發(fā)的MCU成為血糖監(jiān)測(cè)儀應(yīng)用的關(guān)鍵部件， 血糖監(jiān)測(cè)儀可以在妊娠期糖尿病的診斷和治療中被使用。雖然目前飛思卡爾的設(shè)備提供了許多益處，但是公司一直致力于進(jìn)一步改進(jìn)低功耗，混合信號(hào)集成，顯示和連接特性使其更有利于妊娠監(jiān)護(hù)市場(chǎng)。