便携医疗设备MCU选型必备宝典.doc

《便携医疗设备MCU选型必备宝典.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、便携医疗设备MCU选型必备宝典　　引言　　电子技术的快速发展与个人健康意识的逐步提高，使得人类对便携式医疗电子仪器的需求日益增长，生物测量与医疗仪器正成为21世纪全球经济的支柱型产业之一。反之，随着各类便携式生物医学仪器的进步和普及，测量精度、功耗、运算能力、成本和集成度等指标的提高，对电子器件尤其是微控制器（MCU）提出了更高要求。　　在家用医疗市场的逐步开放、偏远地域居民和军队野外作战训练时的医护需求、医院内部临床诊断和长期监测的需求等因素的共同驱动下，部分传统专业级医疗设备已逐步走向便携化。便携

2、式医疗电子仪器的快速发展，使得移动医疗、远程医疗、个人日常健康监测和治疗成为可能。便携化的趋向给医疗电子仪器的设计提出了低功耗、高集成度和简单易用的要求，此外，仪器设计智能化和算法复杂化使得核心处理器必须具备更高的计算能力。　　作为仪器仪表的核心控制器与处理中心，MCU的合理选型是仪器设计的首要步骤。以TI、Freescale、ST、SiliconLabs、Microchip和Renesas为代表的半导体芯片公司，纷纷针对便携式医疗电子仪器市场推出了自己低功耗、高集成度的混合信号处理器。当各类MCU厂

3、商皆宣称自己产品功耗最低、外设丰富和性能优越时，设计者需要结合自身科研和产品的现有需求与未来几年的升级规划来合理分析，从而选择较合适的MCU进行仪器设计。　　　　1便携式医疗电子仪器简介　　　　1.1家用与临床便携式医疗仪器　　以电子温度计、血糖仪、数字血压计、低频理疗仪为代表的家用医疗电子产品的竞争日益激烈，市场需求的可提升空间巨大。此类仪器设计对成本十分敏感，片上集成相应外设的MCU能有效降低系统成本，同时还有利于缩小尺寸和提高稳定性；对MCU运算性能则要求不高，传统8bit或16bit内核基本满

4、足设计需求。　　此外，以动态心电记录仪和动态血压监测仪为代表的临床便携式医用设备，具有测量精度高、可连续运行时间长、运算相对复杂和通讯功能多样等特点。对于此类仪器设计，混合模拟性能强、高运算能效和集成外设丰富的MCU将发挥巨大作用。　　　　1.2穿戴式医疗电子设备　　近年来，各类可穿戴式医疗电子设备层出不穷，可穿戴式特点对仪器的便携性和低功耗设计提出了更高要求。一方面，减少电池体积，选用更高能效的MCU：通过提高运算能力和算法复杂度来降低有效数据量，从而减轻数据存储和通讯的负载压力，最终降低功耗；另一

5、方面，关注片上外设丰富且性能优越的MCU家族，从而能减小设备尺寸，更有益于提高整机稳定性和降低系统成本。　　　　2典型MCU选型分析　　主要围绕便携式医疗电子仪器的低功耗和高集成度这两大特点，分析MCU选型。　　　　2.1低功耗MCU家族　　随着半导体工艺与集成电路设计水平的提高，各大半导体厂商都已推出自己各具特色的低功耗系列MCU产品，如表1所示。低功耗MCU通常具备一些共同特征：精简而高效的CPU内核，从而可以维持性能、功耗与成本的三者平衡；CMOS电路工艺，低电压供电系统；灵活多变的低功耗管理模

6、式，简单快速的休眠唤醒机制，使得MCU在空闲期可以快速切换至不同深度的休眠状态，并能及时被唤醒；独立的外设时钟控制开关，多种内外时钟源选择；丰富节能的模拟和数字外设集，可根据具体应用选择特定的集成外设和相应容量的片上存储器。　　　　表1主要低功耗MCU家族及其生产厂商　　表2和表3选取目前市场上的主流低功耗MCU产品，对比了它们的功耗参数与系统指标。由此可见，得益于ARM公司高效率、低成本的Cortex-M系列内核的32bitMCU，在功耗水平上已与传统8bit、16bit低功耗MCU相当，甚至像以专

7、攻低功耗领域为目标的EnergyMicro公司的EFM32系列MCU，在不同主频下的单位功耗已超越大部分MSP430系列产品，且其在32bitMCU领域的功耗优势也相当明显。其次，Freescale在2012年3月全球首推基于ARMCortex-M0+内核的KineTIsL（简称KL）系列微控制器，旨在32bit入门级的KL系列MCU将卓越的能源效率与易用性同其丰富的外设相结合，整体功耗水平堪比各类8bit、16bit低功耗MCU，同时32bit内核的超高运算效率、高性能外设（如业界独特的16bitS

8、AR型ADC，最高速率约0.5Msps）和（0.5~2）美元每片的价格优势，将对8bit、16bitMCU市场造成强劲的冲击。此外，ST公司的STM32L系列低功耗MCU虽然在功耗指标上略落后于上述两款32bitMCU，然而由于其早在2007年6月就推出世界首款Cortex-M内核的32bitMCU，随后于2010年5月发布业界首款超低功耗ARMCortex-M3微控制器，领先的市场推广使得STM32的占有率遥遥领先，基于STM32的系统方案、软硬件成品