介紹
飛思卡爾在低功耗和混合信號方面的先進(jìn)技術(shù)導(dǎo)致出現(xiàn)更為靈活的微控制器(MCUs),，這些微控制器有許多關(guān)鍵的外圍設(shè)備,，可用來進(jìn)行妊娠期監(jiān)護(hù)的應(yīng)用,，包括妊娠糖尿病的監(jiān)護(hù)。在所有對于醫(yī)療應(yīng)用重要的領(lǐng)域——低壓,，混合信號物理集成,，顯示和連接——飛思卡爾提供了下一代醫(yī)療系統(tǒng)方案所需要的強(qiáng)大的技術(shù)。
妊娠期糖尿病
非糖尿病患者的孕婦仍然會在懷孕期間有較高的血糖(葡萄糖)水平,。這被稱為妊娠期糖尿病,，它會對1%~3%的孕婦有影響?；旧?，懷孕期間的婦女荷爾蒙的產(chǎn)生會增加，從而導(dǎo)致胰島素抵抗，這意味著胰島素不能有效地降低血糖水平,，這迫使身體里產(chǎn)生更多的胰島素來進(jìn)行補(bǔ)償,，從而導(dǎo)致了妊娠期糖尿病。
此外,，盡管任何婦女都可能患上妊娠期糖尿病,，有一些人會比另一些人更易患上妊娠期糖尿病，這些人包括那些：
- 年齡大于25歲
- 有家族糖尿病史,，或那些在前一次妊娠中患有妊娠期糖尿病的
- 已經(jīng)生育過一個(gè)超過9磅重的嬰兒或經(jīng)歷過一次不明原因死胎的
- 在懷孕前體重過重的
此外,，由于不明的原因，西班牙人,，印第安人,，亞洲人和黑人婦女比其他婦女更容易患上妊娠期糖尿病。對那些已經(jīng)患有糖尿病的婦女,，受精前和懷孕期間良好的血糖控制不僅對于婦女本身,，對胎兒的健康也是至關(guān)重要的。
在妊娠懷孕期間,，如果血糖水平不能很好的受到控制,，過多的血糖會通過胎盤抬高胎兒的血糖水平。這會使得胎兒的體格肥胖并形成新生兒巨大癥（出生時(shí)體重超過的9英磅15盎斯）,。巨大癥嬰兒會面臨許多健康問題,，包括容易患上呼吸系統(tǒng)疾病，小兒肥胖,，在兒童時(shí)期發(fā)展成2型糖尿病,，甚至在孕婦分娩期間造成身體傷害等。
因?yàn)檫@些原因,，在懷孕前或懷孕早期,，準(zhǔn)確的血糖測量對于迅速診斷和治療妊娠期糖尿病是至關(guān)重要的（見圖1），尤其是,，大部分婦女并不會表現(xiàn)出通常糖尿病有關(guān)的早期癥狀（過度口渴和尿頻）,。
最初診斷包括一個(gè)口服葡萄糖耐受試驗(yàn)。這通常在一個(gè)診所環(huán)境中進(jìn)行,，要求患者喝一種葡萄糖溶液,，然后以一定的時(shí)間間隔進(jìn)行血液葡萄糖監(jiān)測（見表1）。然而,，對于后期連續(xù)的糖尿病癥狀的觀察,，最為方便的是在家進(jìn)行，這就需要精確的家庭監(jiān)測設(shè)備,。
來自飛思卡爾的先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù),，具有低功耗,，混合信號物理集成，顯示和連接接口,，這些使得設(shè)計(jì)出小巧,，易于使用的設(shè)備成為可能,。這種設(shè)備對于家庭血糖監(jiān)測是很理想的方案,。
飛思卡爾高度集成低功耗方案
通過將超低功耗平臺和高精度模擬外圍設(shè)備結(jié)合在一起，飛思卡爾在為妊娠監(jiān)護(hù)市場提供自動(dòng)化監(jiān)護(hù)的整體系統(tǒng)方案方面有了很大進(jìn)展,。飛思卡爾的MCU能夠降低血糖儀設(shè)計(jì)的成本,，這使更多的母親因?yàn)檠撬降玫綑z測而得利。
這里有一些關(guān)鍵領(lǐng)域,，這些領(lǐng)域?qū)τ趶V泛的便攜式醫(yī)療應(yīng)用很重要：
- 低功耗技術(shù)
- 混合信號集成技術(shù)
- 顯示技術(shù)
- 連接技術(shù)
飛思卡爾正在幫助醫(yī)療市場的用戶能在這些領(lǐng)域中優(yōu)化他們的產(chǎn)品,。
超低電功耗平臺
飛思卡爾MCU利用了創(chuàng)新技術(shù)使這些手提式醫(yī)療設(shè)備的應(yīng)用獲得絕對的最低功耗。下面所列的MCU的低壓表現(xiàn)使它們成為手提式醫(yī)療設(shè)備的理想之選,。
- MC9S08Lxx：有低成本入門級,，具有LCD驅(qū)動(dòng)模塊和出色功耗的MCU
- MC9S08QExx：同等級產(chǎn)品中最出色的功耗，適用于傳感器設(shè)備應(yīng)用,，具有中等的處理能力,，并在價(jià)格上具有優(yōu)勢
- MCF51QE：出色的性能和低功耗特性，與9S08QE控制器的引腳兼容性,，使它能夠很好的滿足醫(yī)療設(shè)備的復(fù)雜性和功能性的裁剪的要求
所有這些設(shè)備都具有四個(gè)主要特性,，它們是低電壓操作的基礎(chǔ)。
低功耗振蕩器
晶體振蕩器在低功耗方面被優(yōu)化,，可以以低增益或高增益模式來驅(qū)動(dòng)晶振,。這種外圍模塊在低功耗模式時(shí)，驅(qū)動(dòng)32.768kHz晶振時(shí),，電流消耗少于500nA,。當(dāng)使用這種低功耗振蕩器時(shí)，可以使MCU在低功耗模式（停止模式）時(shí)保證精確的時(shí)間,。
低功耗的MCU有許多操作模式,，每一個(gè)模式都為特定的功能而設(shè)計(jì)，這使最高效的性能和功率損耗達(dá)到權(quán)衡,。多樣的操作模式(運(yùn)行,，低功耗運(yùn)行，等待,，低功耗等待,，停止2和停止3)使一些設(shè)備的功耗低到250nA那樣的水平，并且也能使醫(yī)療應(yīng)用設(shè)備持續(xù)高效率的運(yùn)作,。使許多MCU的外圍設(shè)備能夠在低功耗運(yùn)行模式下運(yùn)行,，在低功耗模式下提供適當(dāng)?shù)墓δ堋?/p>
靈活時(shí)鐘源
由于多種操作模式帶來的好處,，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)鐘信號關(guān)閉,。通過時(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)到最的得功耗,，有必要關(guān)閉每個(gè)不需要的內(nèi)部時(shí)鐘信號,。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。
低功耗振蕩器可以被用來提供非常低的待機(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)算來進(jìn)行一個(gè)葡萄糖測量時(shí),，可以提高M(jìn)CU性能來縮短處理時(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。它能夠使開發(fā)者使用一節(jié)更小的電池,，這樣一來就增強(qiáng)了便攜性,，方便了用戶的使用。
混合信號集成
對一個(gè)葡萄糖儀設(shè)計(jì)來說最重要的是進(jìn)行葡萄糖測量中電化學(xué)反應(yīng)中小信號分析的能力,。一個(gè)分析步驟是要認(rèn)識生物傳感器電信號輸出的峰值,。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,。許多飛思卡爾期間都有一個(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)會產(chǎn)生一個(gè)線性衰減信號,，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濾波對輸入信號就進(jìn)行一些濾波,。平均值在沿著輸入信號線性衰減的一些點(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外部IC的需求,。這樣一來就減小了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。通過這種特性,，信號布局可以被優(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墎斫鉀Q,。在飛思卡爾的應(yīng)用筆記（LCD驅(qū)動(dòng)說明）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freescale.com/files/microcontrollers/doc/app_note/AN3796.pdf">www.freescale.com 網(wǎng)站上下載PDF文檔（文檔號AN3796）
其次,，利用LCD信號的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。通過這種功能,，它僅需使用28個(gè)引腳(8x20)就可以驅(qū)動(dòng)160個(gè)LCD段碼,。在許多同類競爭產(chǎn)品上，同樣的功能需要44個(gè)引腳來實(shí)現(xiàn),。通過使用更少的引腳,，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,，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單的LCD屏的定制和快速的LCD GUI開發(fā)。此外,，通過參考“LCD驅(qū)動(dòng)說明”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)的信息傳輸能力對新的血糖儀的設(shè)計(jì)者來說是一個(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)器來提供靈活的，低功耗的無線連接,。
結(jié)論
飛思卡爾在低功耗和混合信號集成方面的領(lǐng)先技術(shù)使其開發(fā)的MCU成為血糖監(jiān)測儀應(yīng)用的關(guān)鍵部件,，血糖監(jiān)測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,，混合信號集成，顯示和連接特性使其更有利于妊娠監(jiān)護(hù)市場,。