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Mikrocontroller in Überwachungsgeräten

Kleiner Leckstrom, hohe Empfindlichkeit

19. Juli 2017, 13:39 Uhr | Shailesh Thakurdesai

In digitalen Thermometern sind kleine MCUs verbaut.

Vor einigen Jahren erschienen die ersten Gesundheitsmonitore mit der Größe eines Armbands. Dann kamen die Smartwatches mit der Fähigkeit, noch ausgefeiltere gesundheitsbezogene Daten zu sammeln. Inzwischen gewinnt die Telemedizin stetig an Beliebtheit.

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Die Telemedizin, die sich in großem Umfang auf Geräte für die Gesundheitsüberwachung aus der Ferne stützen wird, birgt ein großes Potenzial, die Gesundheitskosten zu senken. Während der Markt für Gesundheitsmonitore Fahrt aufnimmt, entsteht ein Bedarf an Mikrocontrollern (MCUs) mit hohem Integrationsgrad und hoher Qualität. Das TI-Produkt MSP430FR2311 repräsentiert eine neue Art von MCU. Neu ist ein Analog Front End (AFE) mit mehreren Standard-Operationsverstärkern, einem stromsparenden Transimpedanz-Verstärker (Transimpedance Amplifier – TIA) zur Umwandlung kleiner Ströme in Spannungssignale, einem durchgängigen FRAM-Block (Ferroelectric Random Access Memory) anstelle der typischen, in RAM und Flash gegliederten Speicherarchitektur sowie einem chipintegrierten Oszillator. Die Gehäusemaße betragen 3,5 mm x 4 mm.

Eine solche MCU wird für kleinformatige Gesundheitsmonitore wie etwa digitale Thermometer benötigt. Der TIA des Mikrocontrollers MSP430FR2311 weist einen Leckstrom von 50 Picoampere (pA) auf – das sind 20-mal weniger als bei allen anderen Strommess-Lösungen der Industrie. Mit seinem geringeren Eingangs-Leckstroms kann der TIA niedrige Ströme erfassen. Damit lässt sich das System mit kleinen Größenvorgaben der Applikation realisieren während der empfindliche TIA helfen kann, Fehlmessungen zu vermeiden. Auch die Batterielebensdauer des jeweiligen Geräts verbessert sich durch die niedrige Stromaufnahme des TIA.

Durch die Verwendung von einem durchgängigen FRAM-Bereich basierende Speicherarchitektur muss der Entwickler nicht nach einem Baustein mit dem richtigen Verhältnis aus Flash-basiertem Codespeicher und RAM-Speicher zum Ablegen von Daten zu finden. Der durchgehende, große FRAM-Block überlässt vielmehr dem Systemdesigner die Einteilung in Code- und Datenspeicher für die jeweilige Anwendung.

Bei den Gesundheitsüberwachungs-Geräten der nächsten Generation ist ein Trend zu multifunktionalen Produkten denkbar. Schon jetzt messen einige Geräte die Intensität der UV-Strahlung, um die Benutzer vor Sonnenbrandgefahr zu warnen. Andere Sensoren können Temperatur und Luftfeuchte messen, sodass sie – an einem Armband angebracht – vor gefährlicher Hitze warnen und an das Auftragen von Sonnenschutz erinnern können. Der nächste Schritt könnte das Messen von Hauttemperatur und Herzfrequenz sein, um beispielsweise Bauarbeiter vor hitzebedingter Überanstrengung zu warnen.