低功耗混合信号专用标准产品(ASSP)实现成本、性能以及上市进程的合理平衡
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。这种想法就是要使应用模拟最优化,同时以尽可能低的成本使数字部分商品化。但是深亚微米硅技术通常生产批量最小,多数只有100k,一个掩模组的非经常性工程成本 (NRE) 将近100
万美元,随着向现代深亚微米硅技术的升级,除了少量产量极高的应用外,全定制的解决方案过于昂贵而且不切实际。
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 提供可配置的混合信号模拟功能作为优化的外设模块,该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)
与精选的解决方案。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。我们用 MSP430FG43x 显示了混合信号快闪 MCU 的集成性能。
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。
混合信号 ASSP MCU 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。
我们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 uA （微安）级的小电流,而且与葡萄糖成比例。然后由快闪 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
