华大电子CIU32安全MCU助力血氧仪产品应用
来源:电子工程专辑发布时间:2023-02-241723浏览
询问 AI随着新型冠状病毒感染转入乙类乙管，卫健委发布了《新型冠状病毒感染诊疗方案(试行第十版)》将血氧饱和度作为重型/危重型早期预警的重要指标之一。对于老年人及患有基础疾病的人群，在感染新型冠状病毒后需严密监测血氧饱和度指标。指夹型血氧仪因其便携性及易用性，成为了家庭必备的健康监测设备。
血氧仪原理：
血氧饱和度是指人体内氧合血红蛋白(HbO2)容量所占全部可结合血红蛋白(Hb)容量的比例。氧合血红蛋白与不含氧的还原血红蛋白对660nm的红色光与905nm/940nm的红外光线的吸收率是不同的。血氧仪正是基于此原理来实现对人体血氧饱和度的无创测量。
血氧仪的传感器包括两个发射LED(660nm的红色LED与905nm的红外LED)与一个光敏二极管。通过MCU控制两个LED交替发光，照射使用者的被测试区(一般为指尖、手指等半透明区)，光敏二极管接收光强信号后由MCU计算两种波长的光线在脉动期间的透射率，进而测量出使用者的血氧饱和度。
华大电子推出的CIU32L040/CIU32L041系列安全MCU基于Arm®Cortex®-M0+内核的超低功耗，该产品主要应用于便携医疗、智能表计、智能家居等场景。并且，基于此产品开发了全套的血氧仪解决方案，方便用户快速导入开发。
基于CIU32L040/CIU32L041指夹式血氧仪方案：
指夹式血氧仪解决方案采用华大电子CIU32L040/CIU32L041系列安全MCU为主控芯片，其Stop模式(CPU、RAM、IO状态可维持)功耗仅为0.8uA，非常适合用于电池供电场景，可极大的提高电池的使用寿命。芯片最高主频可达48MHz，支持单周期乘法指令，内置64K Flash、8K SRAM，可实现大量数据的存储与高速处理。内置LCD模块可直接驱动LCD段码显示屏，无需外围LCD显示驱动芯片，且LCD模块支持电荷泵升压显示，以匹配不同屏幕的最佳显示对比度。该产品的IO利用率高达近90%，在同样的应用场景下，用户可以选择更小的封装以降低产品成本。该芯片具有高集成度，外设接口丰富，支持1路SPI接口、2路I2C接口以及2路USART(UART与SPI模式二选一)接口与1路LPUART接口(支持低功耗唤醒与FIFO)，其中SPI接口最高速率可达20Mbps，外接OLED/TFT显示屏可实现产品UI界面的完美展示。
芯片配备12位高精度ADC，外部参考电压或内部高精度参考电压可选，采样速率最高可达1.14Msps，可实现脉搏血氧信号的精确测量。具有高级定时器等8个定时器，包含看门狗与RTC模块，其中增强型RTC模块支持亚秒计数。内置高精度高速时钟源，全温度范围精度误差小于2%，可免除外部晶体，进一步节约BOM成本。
CIU32L040/CIU32L041系列安全MCU还具备可配置等级的读保护(RDP)功能、MPU、代码读出保护(PCROP)功能以及Flash实时加解密功能。用户可根据自己的需要对这些安全功能进行配置以保护知识产权及关键代码的安全执行环境。
方案特点：
- 本方案可支持LCD段码屏或OLED点阵屏/TFT彩屏显示。其中LCD段码屏由MCU内置LCD驱动模块驱动，可支持升压显示以提高对比度，以达到最佳观感。
- 本方案通过IO控制模拟开关交替点亮红色LED与红外LED。接收管接收光强信号后，经同向放大电路将信号放大，由MCU内置的12位高精度ADC采集。
- 为保证LED发射光强的一致性，对LED的恒流控制由PWM DAC与运放组合实现，以精确控制红色LED与红外LED的发光强度。MCU可输出高精度PWM方波以精确控制PWM DAC的输出电压。
CIU32L041x5系列MCU详细参数如下：- 48MHz Cortex®-M0+ 32-bit CPU
支持单周期乘法指令、MPU- 64KB User flash，具有写保护功能
- 7KB System memory
- 512Byte OTP
- 8KB SRAM
- 灵活的功耗管理模式
-0.55μA VBAT模式，备份寄存器和SRAM保持-1μA VBAT模式+RTC，支持防拆-0.8μA Stop模式，时钟停止，CPU、IO、寄存器、SRAM保持-1.35μA Stop模式+RTC-4.5μs唤醒@Stop模式，从flash执行程序-外部高速时钟：1~32MHz，支持时钟检测-外部低速时钟：32.768KHz，支持时钟检测-内部高速时钟：32MHz，全温度全电压范围精度偏差最大±2%-内部低速时钟：32KHz-PLL：5MHz ~ 48MHz- 通用IO(28IO/32PIN、40IO/48PIN、56IO/ 64PIN)均支持防倒灌，其中1个IO支持高驱动能力，可达20mA，支持单周期IO操作
- 2通道DMA控制器，具备灵活映射关系
- 8个定时器：1个4通道高级定时器，支持3通道互补，可用于电机控制、1个4通道通用定时器、1个基本定时器、1个低功耗定时器，支持正交编码和非正交编码、1个SysTick、1个RTC，支持闹钟和唤醒定时器、2个看门狗
- 通信接口
-1个LPUART，支持Stop唤醒-2个USART，支持同步模式(SPI slave模式最高速率可达PCLK/4)-1个SPI，主模式最高速率为20Mbps，从模式最高速率为16Mbps-2个I2C，支持标准/快速/超快速模式，速率可达1MHz-SM4-TRNG，CRC-TAMP防拆和备份寄存器-PCROP代码读出保护区、用户安全区- LCD：8COM x 32SEG，内置升压转换器
- 12位1.14 Msps高精度的17通道ADC
- 2个低功耗比较器，可运行在Stop模式
- 内置参考电压源VREFBUF，支持2.048V、2.5V，可作为ADC参考电压
- 1个温度传感器，最大误差±2℃
- 96-bit unique ID
- 内嵌Bootloader：支持UART和SPI
- 支持SWD调试
- 工作条件：1.8V~5.5V，-40°C~105 °C
- 封装形式：LQFP48/64、QFN32
北京中电华大电子设计有限责任公司介绍北京中电华大电子设计有限责任公司(简称“华大电子”)成立于2002年，是国家级高新技术企业，是专业从事安全芯片开发的集成电路设计企业。
华大电子致力于智能卡芯片、安全SE芯片和安全MCU芯片及应用解决方案开发，聚焦于金融科技、网络通讯、物联网、车联网、智能交通、智能制造等领域应用。
华大电子秉承“积极主动 追求成功”的理念，面向蓬勃发展的新一代信息技术产业，提供“芯”产品和“芯”方案，与产业界融合发展，共同成就美好“芯”未来。 新闻来源：电子工程专辑，文中所述为作者独立观点，不代表icspec立场。更多精彩资讯请下载icspec App。如对本稿件有异议，请联系微信客服specltkj。
