低功耗混合信号assp(专用标准产品)实现便携式消费电子的低成本和高性能

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1、低功耗混合信号ASSP(专用标准产品)实现便携式消费电子的低成本和高性能

2、第1内容加载中...摘要：本文主要介绍全新高速安全微控制器的结构特征与优势，并从中指出它的发展与应用前景要在大量的消费类应用中同时实现高性能与低成本，全定制的模拟前端(AFE)与普通的数字信息处理器相结合是唯一的选择。为了在同一系统中同时满足高性能模拟与低成本数字控制这两个相互矛盾的需求，当今的发展趋势是利用专用标准产品(ASSP)。ASSP的优势是用一个可重复使用的低成本系统提供高性能模拟、低成本数字控制以及缩短上市进程。这些ASSP提供可配

3、置的混合信号模拟功能作为优化的外设模块，器件的其余部分作为许多平台共享可重复使用的模块。快闪微控制器(MCU)是实现共享功能的晶核(host)。单个ASSP除了全部补充有计时器与串行端口等数字外设之外，现在还可集成高精度模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、运算放大器(OA)、电源电压监控器(SVS)以及液晶显示驱动器。在图1中我们用MSP430FG43x显示了混合信号快闪MCU的集成性能。500)this.style.ouseg(this)">凭借基于ASSP的混合信号快闪MCU，设计工程师就不必将他们的资源

4、集中到风险大的全定制硬件实施上，从而可以开发出能够快速投放市场的灵活的可编程功能。500)this.style.ouseg(this)">混合信号ASSPMCU解决方案ASSP非常适用于便携式医疗设备。一台典型的设备需要一个精密传感器接口电路、通信功能、实时时钟功能、患者数据的非易失性存储器、较长的电池使用寿命以及在应用中可对快闪MCU进行编程的灵活性。图2显示了单芯片葡萄糖测量仪的结构图。用一个生物催化剂试验片来测量一小份血样的葡萄糖含量。当血样加到试验片上时，将产生μA（微安）级的小电流，而且与葡萄糖成比例。然后

5、由快闪MCU内部的一个12位DAC向试验片提供偏置电压。我们利用以一个集成快闪MCU的运算放大器实施的互阻抗放大器，将生物催化剂产生的电流转化为电压。我们利用一个可编程反馈电阻阵列将运算放大器的输出调到可通过嵌入式12位ADC进行测量的范围，该可编程反馈电阻阵列可由快闪MCU从内部提供，不再需要外部组件。生物催化剂对温度很敏感，由于测量周期可能持续达30秒，使得这一情况更为复杂。例如，测量周期可能从用户室内等暖和的环境开始，而转换结果却在寒冬的室外环境中完成。为此，我们用内部温度来衡量测量周期开始与结束时的温度，如果

6、二者之间的温差过大，读数将弃用，并向用户报警。随后通常将记录并传送患者的测量数据，供用户或者医师进行分析。由于快闪MCU存储器是系统内可编程的(ISP)，因此一部分快闪被直接分配用于数据记录。使用MCU存储器的一部分来进行记录，就不需要外部数据存储器了。现代嵌入式快闪可擦除与改编程序多达10万次，高于仪器的工作寿命。功率监控(Poouseg(this)">除最低功耗之外，随选性能以及操作状态间的快速切换能力通常都是必需的。系统的计时必须具有足够的灵活性，以满足下列相互矛盾的需要：●精确时基所需的稳定性●延长电池寿命所

7、需的低功耗●高性能所需的速度●对事件做出快速反应的灵敏性最佳的时钟解决方案是以下两种计时方式的结合：一种是采用外部32kHz表面晶体作为辅助时钟(ACLK)，实现低功耗与稳定性；另一种是采用快速启动、高速片上数控振荡器(DCO)作为系统的主时钟(MCLK)。ACLK始终保持开启状态，只对一个LCD驱动器以及一个用于实时中断的计时器进行计时。高速MCLK对CPU以及高速外设进行计时，以增强处理能力及对事件的快速反应能力。DCO是一种接近“零时延”的低Q、RC型振荡器，可在不到6μs的时间内启动。为了实现DCO时钟稳定的

8、输出，不随温度和电压而改变，我们使用了一个锁频环(FLL)。FLL是一个连续的频率积分器(frequencyintegrator)，始终在后台将DCO频率调整为一个稳定的参考ACLK的分数。将经过调整的DCO与ACLK进行比较，反馈至一个上/下计数器，该计数器可自动增加或者减少DCO的输出，使DCO的频率与ACLK的频率相匹配。这与将DCO频率增加到ACLK频率的效果相同。图3显示了DCO/FLL组合。DCO/FLL的结合勾画出功率监控超低功耗活动的轮廓，在节电待机模式下可延长使用时间而且还不影响性能。当事件驱动中断

9、需要系统服务时，DCO自动启用，CPU激活。高速DCO时钟系统将尽快满足需求，然后返回待机状态。始终开启的ACLK时钟计时器提供了便捷的嵌入式实时计时功能。利用32kHz表面晶体进行计时，计时器将信号源以2分隔，正好每秒触发一次中断。因为此时根本没有为CPU和软件计时DCO的启动时间，所以嵌入式实时计时功能可作为一次简单的中断而得以实现，对整