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基于RL78/L12、RX-8010SJ、sgm8925、sgm8927主控器件的电子温度计解决方案

来源： Renesas

2018-02-23

类别：健康医疗

277

拍明

　　由于传统的水银体温计携带不便、易破碎，污染严重，体温检测时不方便且测量时间过长。随着行业规范和新一轮电子测温仪器消费热潮的兴起，电子体温计以其读数方便，测量时间短，测量精度高，能记忆并有蜂鸣提示的显著优势而逐渐代替了水银体温计，这使得电子体温计在医院和普通家庭随处可见，且需求量越来越大。而且《水俣公约》的落地，约定到2020年中国禁止生产和销售含汞的体温计、血压计。含汞体温计从中国医疗市场消失，背后预计有7亿多元的电子替代品的生存空间，预示着电子体温计产品行业已进入了一个前所未有的高速发展时期。

　　“全球老龄化趋势的到来，以及大众对健康的日益重视，使医疗电子这一市场刚性需求得以持续保持增长，越来越多的行业和公司参与其中，这些都在加速医疗产品的更新换代。”世强产品经理胡越强表示，“基于瑞萨(Renesas)RL78系列MCU的电子体温计解决方案内置LCD驱动控制电路。体温测量使用双积分型A/D转换电路，可对微小的电压变化进行高精度测量，低功耗、少引脚满足电子温度计的便携式需求，同时能够帮助客户缩短产品设计时间。”

　　电子温度计的电路系统(如图1所示)主要由数据采集单元、处理运算单元、电源管理、液晶显示主要部分组成，其中还包括一些小模块，如晶振模块、电路放大模块、报警器模块等。由温度传感器测得的物体温度所对应的电信号，经过前置放大后传送到A/D转换模块进行数据转换，之后由数据总线将转换后的数据传至运算处理单元再进行数据采集处理，最终将得到的温度值显示在液晶屏上。下面将从高集成度、高精确度、低功耗、低成本的角度针对处理运算单元、晶振模块、电路放大模块以及电源管理模块进行器件的选型分析。

　　电子体温计电路框图

　　世界级低功耗MCU，助力电子体温计高精度、低成本

　　RL78家族是瑞萨电子的新一代微控制器系列，其秉承高可靠性、高效率、低功耗的开发理念，继承了R8C族与78K族的优秀DNA，既具有高性能外围设备IP，又具有低功耗高性能CPU。而RL78/L12作为RL78微控制器家族的新成员内置数据闪存、内置振荡器、集成模拟功能，封装紧凑且具有世界级的低功耗表现。完全满足了电子体温计对MCU高集成度、低功耗、低成本的产品要求，使客户能够以较低的成本建立高集成度和高效节能的应用平台。

【RL78/L12】

Low power consumption, compact LCD microcontrollers suitable for small appliances and healthcare devices

RL78/L12 microcontrollers have a built-in segment LCD driver. Three LCD driving voltage generation methods (external resistance division, capacitive split, and internal voltage boost) are supported, corresponding to a variety of segment LCD panels. They realize low current consumption (*1): external resistance division: 1.60 μA (*2), internal voltage boost: 1.19 μA, and capacitive split: 0.68 µA. With a lineup of 32 to 64-pin products supporting up to 280 segments, these microcontrollers are perfect for small devices with built-in LCD panels such as small appliances and healthcare devices.

(Remarks)

(*1) Current (typ.) at 1/3 bias, subclock operation, HALT mode, and RTC operation

(*2) Resistance value for external resistance division = 1000 kΩ

Key Features:

ITEM		Rl78/L12
Pin Count		44pins	48pins	52pins	64pins
Part Name		R5F10RFx	R5F10RGx	R5F10RJx	R5F10RLx
Memory	Program Flash	8 to 32 KB			16, 32 KB
	Data Flash	2 KB
	SRAM	1, 1.5 KB
Clock	High speed system clock	X1(crystal/ceramic) oscillation, external main system clock input (EXCLK) 1 to 20 MHz：VDD = 2.7 to 5.5 V 1 to 16 MHz：VDD = 2.4 to 5.5 V 1 to 8 MHz：VDD = 1.8 to 5.5 V 1 to 4 MHz：VDD = 1.6 to 5.5 V
	High speed on-chip oscillator	HS(high-speed main) mode: 1 to 24 MHz（VDD = 2.7 to 5.5 V） HS(high-speed main) mode: 1 to 16 MHz（VDD = 2.4 to 5.5 V） LS(low-speed main) mode: 1 to 8 MHz (VDD = 1.8 to 5.5 V） LV（low-voltage main) mode: 1 to 4 MHz (VDD = 1.6 to 5.5 V
	Sub system clock	XT1(crystal) oscillation, external system clock input（EXCLKS） 32.768 kHz(TYP.):VDD = 1.6 to 5.5 V
	Low speed on-chip oscillator	Internal oscillation
	Low speed on-chip oscillator	15 kHz(TYP.):VDD = 1.6 to 5.5 V
I/O port	Total	29	33	37	47
	CMOS I/O	22	26	30	39
	CMOS input	5
	CMOS output	-			1
	N-ch open Drain I/O (EVDD)	2
Pins only for LCD drive		11
LCD controller/driver	Method	Internal voltage boosting method, capacitor split method, and external　resistance division method are switchable.
	Segment signals	22(18)	26(22)	30(26)	39(35)
	Common signals	4(8)
Timer	16-bit timer	8 channels (Remote control output 1 channel)
	Watchdog timer	1 channel
	Real Time Clock (RTC)	1 channel
	12-bit interval timer (IT)	1 channel
	Timer output	5 (PWM:4)	6 (PWM:5)	8 (PWM:7)
	RTC output	1 channel : 1 Hz (Sub system clock: fSUB = 32.768 kHz)
8/10-bit A/D converter		7 channels	9 channels	10 channels
Serial interfaces	CSI 2ch/UART(LIN-Bus support)	1 channel
Serial interfaces	I²C-bus	1 channel
DMA controller		2 channels
Vector interrupt source	Internal	23
Vector interrupt source	External	6	7	7	9
Key interrupt		4
Other peripherals		Low voltage detection, Power-On Reset, Clock output/Buzzer function
Safety Function		RAM parity error detection Invalid memory access detection Frequency detection A/D converter testing CRC operations RAM guarding SFR guarding
On-chip debug function		Available
Power supply voltage		VDD = 1.6 to 5.5 V
Operating ambient temperature		TA = -40 to + 85 ℃ for A-Version product / -40 to + 105 ℃ for G-Version product

Pin Count / Memory Size Lineup:

Program Flash
SRAM

128KB 8KB								●	●	●	●
96KB 6KB								●	●	●	●
64KB 4KB								●	●	●	●
48KB 2KB								●	●	●	●
32KB 1.5KB	●	●	●	●	●	●	●	●	●	●	●
16KB 1KB	●	●	●	●	●	●	●	●	●	●	●
8KB 1KB	●	●	●	●
Pins Package	32 LQFP	44 LQFP	48 LFQFP	52 LQFP	64 LQFP	64 LFQFP	64 HWQFN	64 LQFP	64 LFQFP	80 LQFP	80 LFQFP

● RL78/L12

● RL78/L13

Block Diagram:

RL78/L12.png

　　世界级的低功耗表现： RL78/L12具有出色的功耗控制，整机运行功耗(无水流时)可控制在10uA以内(32768全速，RTC+LCD+WDT+LVD)。其次RL78/L12采用宽电压范围供电，可在1.6V~5.5V的单电源下工作，并能以低至1.8V的低电压运行。另外，误差±1.0%的高精度内置振荡器可为RL78/L12提供多种时钟，低供电电压和低时钟频率均可有效降低系统功耗。最后，RL78/L12共有3种节电模式：HALT模式，STOP模式以及SNOOZE模式。其中，瑞萨电子独有的SNOOZE模式可以让CPU待机，而保持A/D转换器和串行数据接收正常工作，CPU只有在需要的时候才被唤醒。这种模式极大提高了电池的使用寿命。

　　高度集成、小型轻便：RL78/L12具有丰富而完善的周边功能，其包含实时时钟的4种定时器，工作电压低至1.6V的8/10位A/D转换器，20~47个I/O端口(视不同型号而定)，单通道3线串行接口以及简易I2C，还提供两路全双工UART接口，另外，还内置了一个十进制校正(BCD)电路。将原先作为外部组件提供的模拟和数字元件高度集成到一块芯片上，可减小电路板的尺寸并降低最终产品的成本。

　　总而言之，RL78/L12集成度高，小型轻便，具有出色的功耗控制，延长了电池的使用寿命，对于电子体温计高效率、低功耗、封装小的发展要求，真正做到了省心省力省钱。

　　这款实时时钟为什么可以很好的胜任电子体温计设计应用?

　　电子体温计的输出温度是采用数字显示，可对温度进行实时控制和智能记录，这种实时测量就要求RTC能够提供精准的时钟，EPSON推出的实时时钟RX-8010SJ将32.768K晶振时钟IC组合在一个封装中，并在出厂时进行时钟精度调整，客户无需再做32.768kHz晶体电路匹配，这样既简化了硬件电路设计，也可以提高RTC芯片精度一致性。

　　其次，越小的产品使用越小的电池，对功耗要求越高。RX-8010SJ的待机功耗低至160nA/3V，1.1V至5.5V宽时钟保持电压，可以有效延长电池使用时间。另外，RX-8010SJ还包括时刻、日历、警报器、定时器功能等，对于急重病患者、老人及小孩，他们可不断进行测量并进行详细记录，而且还可产生类似高烧的预警，提醒大夫、家属等测量人员。

　　总的来说，RX-8010SJ实时时钟设计简单，功耗低，功能多样且具有高精度，是电子体温计的绝佳之选。

【RX-8010SJ】

　　不可忽略的细节：低功耗电压反馈放大器及稳压器

　　在电子体温计的温度检测与放大电路模块中，所采集到的温度信号需经过放大成为模拟信号后才传送给A/D转换电路，圣邦微电子(SG Micro)推出的SGM8925是低功耗，低失调电压和轨到轨输出电压反馈放大器。该产品静态供电电流6.4μA，常温下最大失调电压0.6mV，支持工作电压范围在1.6V ~ 5.5V，增益带宽积为110kHz。

　　由于电子体温计的示值准确度容受电子元件及电池供电状况等因素影响，因此需要对输入的电压进行稳压处理。推荐使用Ricoh公司推出的超低静态功耗LDO--Rx5RL。Rx5RL是正输出固定式三端子稳压器，输出电压在2.0~6.0V之间，步进电压0.1V，具有超低静态功耗，典型值仅1.1uA，输出精度为±2.5%，温漂典型值仅±100ppm/℃。所以在锂电池输出端增加LDO Rx5RL，可以稳定供电电压，并提高测量精度。

【sgm8925/sgm8927】

sgm8925/sgm8927 6.4μ110kHz，轨到轨输出CMOS运算放大器

sgm8925和sgm8927是低功耗，低失调电压和轨到轨输出电压反馈放大器。他们有一个广泛的输出电压摆幅，以最小的工作电源电压下降到1.6V。建议的最大电源电压为5.5V，sgm8925和sgm8927在6.4μ非常低的输入偏置电流1pA的低电流消耗为110kHz带宽使这些放大器可用于积分器、光电二极管放大器、压电传感器。轨到轨输出缓冲电路单电源系统是有用的设计师。这些放大器的应用还包括安全监测，便携式设备，电池和电源控制，信号调节和传感器的接口在非常低的电力系统。单一的sgm8925绿色SOT-23-5，SC70 - 5是可用的，采用MSOP-8封装和SOIC - 8。的sgm8927单关机绿色SOT-23-6可用，采用MSOP-8封装和SOIC - 8。他们指定的扩展- 40至85的温度范围内的温度范围。

特征

低失调电压：0.6mv(最大)。

轨到轨输出。单位增益稳定。

增益带宽积：110kHz。

电源电压范围：1.6V至5.5V。

低电源电流：6.4μ一(典型值)。

小包装：

sgm8925有绿色的SOT-23-5，SC70 - 5，SOIC - 8和采用MSOP-8封装。

sgm8927有绿色的SOT-23-6，SOIC - 8和采用MSOP-8封装。

应用

ASIC输入或输出放大器。

传感器接口。