【应用】Na级超低功耗MCU RJM8L151用于指夹式脉搏血氧仪方案，待机电流低至0.5uA

时间： 2020-06-25 来源：瑞纳捷

技术问答

1 血氧仪测量电路的设计

指夹式脉搏血氧仪硬件检测电路主要有4个部分组成，光电传感器部分、模拟信号处理单元、MCU处理单元和显示输出部分。首先，光电传感器将采集到的信号传输至模拟信号处理电路；其次，模拟信号处理单元对接收到的信号进行I/V转换、采样、滤波、放大和分离，将分离后的4路信号（红光交流信号、红光直流信号、红外交流信号、红外直流信号）传输到RJM8L151的ADC处理单元，MCU处理单元对数据进行处理、转换和存储，处理结果送至显示输出部分由OLED显示屏显示出来，或通过BLE传送到手机APP。

传感器部分由一个双向驱动的双波长LED作为发光元件和一个光电二极管作为感光器件。由于两个波长的光信号共用同一个光电二极管，我们采用分时复用的工作方式驱动光电二极管，周期性点亮两个LED，来实现在同一条传输路径上检测两路光信号。为了得到两路独立的信号，我们采用与LED驱动脉冲同步的控制信号控制采用保持电路来实现信号的分离，分别得到红外和红光两路信号。LED驱动时序脉冲和采样保持电路切换时序脉冲都由RJM8L151的GPIO提供。

模拟信号处理单元完成对光电二级管采集信号的处理，包括信号转换、采样保持、放大、滤波和补偿等功能。由于光电二极管输出的信号是电流信号，先要转换成电压信号才能被后续电路处理。而且光电二极管工作在反向偏置状态，其结电阻较大，输出电流较小。所有要选用输入阻抗较高的运算放大器做为I/V转换的TIA。

电流-电压变换电路输出的是两种光分时复用的信号，要将两种光的信号分离就要用两路独立的采样保持电路，用RJM8L151的GPIO来控制和切换两路采样保持电路，并且要与LED驱动脉冲的控制脉冲同步。

由于分离出来的交流信号非常微弱，为了消除直流分量和高频干扰，电路中采用带通滤波器处理红光和红外信号。带通滤波器由高通和低通两部分组成，其中高通部分采用RC滤波网络来滤除直流分量，其截至频率设置为0.23Hz。低通部分采用二阶低通滤波电路，其截至频率为0.48Hz。

2 测量MCU的选择

指夹式脉搏血氧仪通常采用2节干电池供电，整机功耗在设计中必须重点考虑，其中MCU的功耗尤为重要。瑞纳捷电子推出了RJM8L151系列是超低功耗MCU，非常适用于电池供电的物联网终端设备。RJM8L151系列不仅具备出色的运行和待机功耗表现，还内置12位高精度逐次逼近型ADC和2通道的多功能比较器，对微弱信号传感器的高精度、实时检测极为有益。RJM8L151丰富的外围接口使扩展各种通信模块、功能模块更加方便。RJM8L151基于增强型哈佛架构的CPU内核和多级流水线指令系统，相同时钟频率的处理性能是传统8051的3倍，采用Keil uVision或IAR集成开发环境开发调试应用代码。RJM8L151系列MCU的硬件框图如下图所示。

1 、RJM8L151的正常工作电压范围是1.62V到5.5V,非常适合2节、3节干电池直接供电，省掉额外的LDO电路，另外RJM8L151低至0.5uA的待机电流，既能保持内部RTC的正常计时，又能保持SRAM数据不变，该性能可大大减小系统对电池容量尺寸的要求。RJM8L151具有6种电源管理模式，通过裁剪时钟树的方式关闭时钟来实现不同需求的功耗。一般情况下使用内部低速时钟就可以完成对外部中断的响应，同时又可以保持很低的功耗，这是同类MCU无法做到的。另外，RJM8L151从低功耗状态唤醒小于5us，可以实现快速睡眠快速唤醒低占空比工作，这又极大的降低了系统功耗。

2 、RJM8L151有4个时钟源：内部高速时钟、内部低速时钟、外部高速时钟和外部低速时钟。RJM8L151的时钟控制模块将这几个时钟源通过灵活的配置分频实现不同的功耗和性能需求。辅助系统时钟可以使用内部低速时钟或外部低速时钟实现低功耗的要求，主系统时钟提供给RJM8L151的CPU，子系统时钟为外设提供给时钟源。多样的时钟资源可以降低系统消耗，辅助系统时钟在保持低功耗的同时也可以接受外部中断，响应外部环境的变化。使用内部高速RC振荡器作为主系统时钟，不仅可以省去一个外部的高速晶振，同时可以快速唤醒MCU来降低功耗。

3 、模拟电路方面，RJM8L151有7通道12位逐次逼近型ADC，采样转换速率高达1MSPS，支持外部参考电压输入。

4 、RJM8L151设计了丰富的定时模块，包括2个16位基本定时器，1个16位通用定时器支持输入捕获/输出比较/PWM输出功能。2个16位高级定时器除了支持输入捕获/输出比较/PWM输出功能，还支持12对互补PWM输出。1个实时时钟RTC模块，产生年、月、日、时、分、秒，并有自动闰年补偿功能，采用外部32.768kHz晶振提供时钟可使计时误差更小。RJM8L151内嵌15位窗口看门狗定时器，采用系统时钟计时，溢出时可产生中断或复位信号，待机模式下停止计数。

5 、RJM8L151单片机的开发环境是Keil uVision。Keil是全球领先的嵌入式系统开发工具供应商，uVision是C/C++编译器和调试器的集成开发环境（IDE），其中的Keil C51支持RJM8L151的开发调试，该环境集编辑、编译、仿真于一体，支持汇编和C语言的程序设计。

6 、RJM8L151系列MCU配备了高效的在线仿真器和下载器，既可以方便前期开发调试又为后期生产安装提供了方便。RJM8L151支持标准JTAG下载和调试，可以不使用仿真器，用离线编程器就可以实现对内存Flash的修改，提高了批量烧录的效率，也为程序升级维护提供了方便。

3基于RJM8L151K8Q6的方案原理图

基于RJM8L151K8的方案原理图如下所示。

4基于RJM8L151K8Q6的指甲式血氧仪BOM清单

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 1
| 转发至：

本文由seven转载自瑞纳捷，原文标题为:Na级超低功耗RJM8L151K8Q6的指夹式脉搏血氧仪方案，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（1）

DaisyLiang Lv7. 资深专家 2020-10-15

学习

没有更多评论了

【应用】芯海提供CS32系列MCU助力高精度血氧仪应用快速开发，实现低功耗且成熟可靠

芯海科技旗下CS32L010、CS32F030、CSU18P88等系列产品，能够提供更高精度、更强性能、更低功耗且成熟可靠更易开发的血氧仪应用方案，提供用户手册、设计文档、配套SDK等丰富完备的资料，帮助客户工程师快速上手。

应用方案发布时间 : 2022-12-17

【应用】基于RJM8L151S的宠物定位器解决方案，待机续航时间可达1个月，具有超强防水防尘等功能

目前市场上针对如何预防宠物丢失，其中一种可行的方案就是：为你的宠物佩戴定位设备，应用定位器实时定位功能，有效的对宠物进行全天的监护，随时通过掌上手机了解宠物位置信息，本文主控采用RJM8L151s系列低功耗MCU，进行讲解介绍。

应用方案发布时间 : 2023-09-16

【应用】超低功耗MCU RJM8L003用于输电线路杆塔在线监测装置方案，续航能力可达3年以上

输电线路杆塔倾斜在线监测装置是针对监测输电线路踩空区，沉降区和不良地质区段的杆塔倾斜状况而设计的监测装置，前端装置采用传感器每隔24小时采集线路杆塔横向加速度、纵向加速度等数据，并通过4G/GPRS网络将监测数据送到监控中心。

应用方案发布时间 : 2022-11-11

【选型】瑞纳捷（RUNJET）安全加密芯片/低功耗安全MCU/NFC标签及控制芯片/驱动芯片/晶体谐振器选型指南

目录- 安全加密芯片低功耗安全MCU NFC及控制芯片驱动芯片晶体谐振器应用方案

型号- K-3215M5,RJM8L151C8T6,TF206,RJ1701,K-3215,TF308,K-7015M6,RJM8L151,RJM32L430,M-2016,M-3225,RJM8L151C8T6Y,RJM8L151K8Q6Y,M2520,RJM8L151K6Q6Y,RJGT102WDP8,RJGT102WDT6,RJM8L303,RJM8L151C6T6Y,RJM8L151F6P6R,RJGT102P8,RJM8L151F4P6R,RJGT102T6,K-7015,RJDR6211,M-2520,RJGT101,RJMU101,M3225,RJGT102,RJWF101,RJWF301,RJDR8837,RJMU401,RJWF303

选型指南 - 瑞纳捷 - 2020年05月27日 PDF 中文下载

【经验】解析安全芯片的工作原理、分类和应用以及加密芯片和超低功耗MCU技术

在数字化时代，各种敏感信息存在着被黑客攻击和泄露的风险，如何保护机密信息的安全便成为了一项重要任务。在此背景下，安全芯片的重要性逐渐凸显。安全芯片是一种通过特殊硬件和软件技术来实现数据加密和解密的芯片，广泛应用于金融、支付、医疗、能源和国防等领域。本文将重点介绍安全芯片的工作原理、分类和应用，以及其中的两个重要技术——加密芯片和超低功耗MCU。

设计经验发布时间 : 2023-07-15

超低功耗MCU智能家居的节能新宠

随着智能家居的快速发展，越来越多的家庭开始享受智能化带来的便捷和舒适。然而，智能家居设备在带来便利的同时，也带来了能耗问题。为了解决这一难题，超低功耗MCU（微控制器）逐渐成为智能家居领域的节能新宠。本文将深度解析超低功耗MCU在智能家居中的应用及其带来的节能效果。

原厂动态发布时间 : 2024-06-25

【经验】解析安全芯片的应用场景和优势以及如何选择最优质的安全芯片、加密芯片和超低功耗MCU

在工业控制领域，安全芯片、加密芯片和超低功耗MCU被广泛应用。这些技术可以为设备提供高水平的数据安全保障，同时还可以实现低功耗和高性能。本文将详细介绍这些技术的应用场景和优势，以及如何选择最优质的安全芯片、加密芯片和超低功耗MCU。

设计经验发布时间 : 2023-07-23

【技术】MCU微控制器、单片机、芯片有何差异？

本文中瑞纳捷将为大家解析MCU微控制器、单片机、芯片的差异。

技术探讨发布时间 : 2022-10-18

超低功耗MCU设计原理与实现方法

随着物联网、可穿戴设备等应用的普及，对MCU（微控制器）的功耗要求越来越高。超低功耗MCU因其低功耗、高效率的特点，成为了这些应用的理想选择。本文将深入探讨超低功耗MCU的设计原理与实现方法，帮助读者了解如何设计和实现超低功耗MCU。

设计经验发布时间 : 2024-06-21

【技术】解析超低功耗MCU在智能锁中的低功耗设计及其优势和应用前景

随着物联网的发展，智能锁作为一种便捷安全的门锁解决方案受到了越来越多消费者的欢迎。而超低功耗MCU作为智能锁的核心控制芯片，其低功耗设计成为实现长效使用的关键。本文将介绍超低功耗MCU在智能锁中的低功耗设计，并探讨其优势和应用前景。

技术探讨发布时间 : 2023-08-13

超低功耗MCU在可穿戴设备中的应用前景

随着科技的飞速发展，可穿戴设备已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。这些设备不仅能够监测健康数据、提供个性化服务，还能为用户带来更加便捷的生活体验。然而，随着功能的不断增加，可穿戴设备的功耗问题也逐渐凸显出来。因此，超低功耗MCU（微控制器）在可穿戴设备中的应用前景备受关注。本文将从可穿戴设备的发展趋势、超低功耗MCU的特点以及应用前景等方面进行探讨。

原厂动态发布时间 : 2024-06-19

瑞纳捷（RUNJET）RJM8L151xxx系列内置国密算法的低功耗安全MCU数据手册（中文资料）

描述- RJM8L151xxx系列内置国密算法的低功耗安全MCU数据手册

型号- RJM8L151C6T6R,RJM8L151T8T6R,RJM8L151K8Q6R,RJM8L151K6Q6R,RJM8L151XXX,RJM8L151F6P6R,RJM8L151F4P6R,RJM8L151C8T6R,RJM8L151

数据手册 - 瑞纳捷 - Version_1.6 PDF 中文下载

【IC】瑞纳捷新发布32位超低功耗MCURJM32L030，工作温度范围为-40~+105℃

瑞纳捷半导体近日发布了32位超低功耗MCU家族的RJM32L030系列。超低功耗RJM32L030系列MCU基于高能效比32位ARM®Cortex®-M0+内核，工作频率高达48MHz。

新产品发布时间 : 2023-08-10

超低功耗MCU驱动物联网设备持续运行的关键

随着物联网（IoT）技术的飞速发展，越来越多的设备被连接到互联网，实现了智能化、自动化的管理和控制。然而，这些物联网设备在运行过程中需要持续供电，而功耗问题成为了制约其发展的关键因素之一。超低功耗微控制器单元（MCU）以其低功耗特性，成为驱动物联网设备持续运行的关键。本文将深入探讨超低功耗MCU在物联网设备中的应用及其重要性。

原厂动态发布时间 : 2024-06-15

瑞纳捷MCU选型表

瑞纳捷推出低功耗MCU，最低功耗可达0.65微安，覆盖常规封装，最大Flash64KB，RAM2-8KB

产品型号	品类	摘要算法	密钥长度(bit)	用户存储器(Bytes)	ESD性能(HBM)	工作电压(V)	封装(尺寸)	Flash(KB)	RAM(KB)
RJM8L003D6P6	MCU	UART/LPUART	128bit	128 Bytes	4KV HBM	2.0～5.0V	SOP14(8.65×3.9mm)	32KB	4KB