通过物联网的各种功能来提升产品功效、降低成本，使设备更具备易用性

想要在物联网（IoT）市场占据一席之地，原始设备制造商（OEM）必须加快创新的步伐。物联网的应用让一切变得无限可能，成功的企业会敦促其开发人员不断拓展和采取新的、更实用的方法来发挥传感器的功能，监测不同类型的数据，掌控整个设备的生态系统。

物联网应用覆盖广泛，包括可穿戴设备、汽车、住宅、工业、乃至城市等众多领域。这些应用需要更加高效节能的、创新的、安全的体系作为支持。应用程序十分重要，旨在实现软件开发的直观性和易用性。

微控制器（MCU）作为物联网产品的核心，选择合适的 MCU 是满足客户当前和未来需求的关键。本文将探讨当今不断增强的嵌入式 MCU 的丰富功能，MCU 在加速设计的同时还可实现创新应用。在第一部分，我们会介绍到先进的工艺技术、低功耗设计技术、多核系统的功耗问题、多核间的通讯、串行存储器接口以及系统安全性。

物联网市场（增长最快的引擎）：

物联网技术不断改变我们的日常工作和生活方式，使我们的生活更加经济、便捷、舒适和智能化。物联网市场可以大致分为两大类：消费型物联网和企业物联网。

消费型物联网包括住宅、生活方式、健康和出行。个人用户可以通过这些物联网设备产品提高其生产力、安全性和生活质量。从智能住宅到联网汽车，消费者市场正在为下一波浪潮做好准备。

图1：消费型物联网市场细分

企业物联网的覆盖范围巨大，包括零售、医疗、能源、出行、城市、制造业和公共服务。企业物联网细分市场会改变组织和社区，从而创造一个实现经济增长的新时代。物联网通过连接数据、人员和机器来提高生产力、生产效率以及日常运营水平。企业物联网也可以作为帮助企业识别未开发领域新增长机会的工具。

图2：企业物联网市场细分

工艺技术（尺寸 — 十分重要）：制造 MCU 的工艺技术对于其本身的性能、低功耗和成本而言至关重要。物联网应用需要高效的有源功耗和低功耗模式消耗来提高系统的整体功效。随着制造技术的不断进步，促使硅核心面积不断缩小。同一块硅片上可以制造出更多的 MCU，从而降低了芯片的整体成本，性能和功耗也因此直接受到影响。尺寸的缩小减少了开启／关闭每个晶体管所需的电流，同时保证了时钟频率不变。因此，更小的芯片意味着具备更高的的最大时钟频率，可以在较低的功耗下实现更高的性能。

例如，用于制造赛普拉斯半导体 PSoC 6 BLE 系列 MCU 的 40 纳米工艺技术，为各种物联网应用提供了高性能，且高效节能的解决方案。深度睡眠时的电流仅为几微安，且能够完全保留RAM数据。运行、睡眠、低功耗运行和低功耗睡眠等其他功耗模式，助力开发人员能够在灵活地优化系统功耗的同时根据需求保持应用的高性能。

图3：用于物联网应用的低功耗 MCU 框图

功率（至关重要）：设计物联网设备时所面临的一大挑战是高能耗。大多数物联网设备处于实时在线、小体积，这意味着自身电池容量非常有限。MCU 供应商在优化其在物联网应用时需要考虑诸多因素，比如：

改进工艺技术

提供高度灵活的功耗模式

实现功耗优化过的硬件 IP 模块

更高的集成度以减少组件数量

优化闪存频率

启用高速缓存

支持更大范围的工作电压

然而，在工艺技术缩小体积、提高性能、改进功耗和集成度的同时，也出现了电流泄漏的管理问题，尤其是在低功耗模式下。为了应对电流泄漏问题的挑战，MCU 供应商采用了特殊的晶体管工艺技术，如多栅器件、高压晶体管／逻辑／电路、专门设计的存储单元以及其多方面的技术。

灵活的功耗模式能够促使开发人员安排独立系统活动，从而优化整体功耗。提供多种可以在低功耗模式下运行且可以在不唤醒 CPU 的情况下被唤醒执行其功能的外设，是这方面的关键技术。一些 MCU 还提供外围设备，只能执行有限功能的特殊低功耗工作模式（例如较低的工作频率和电压）以进一步优化应用功耗，甚至可以设计优化功耗的特定外设，即BLE 无线电可以采用支持低功率无线通讯的设计。

影响功耗的另一个因素是非易失性（NV）内存访问，尤其是使用闪存（NV存储器）存储固件代码的 MCU。闪存访问的任何优化都会大大降低功耗，其目标是尽量减少闪存访问的频率。这里使用了两种常用的技术，其中一种是提供一个高速缓冲存储器。这样，实际的代码存储器（闪存）就无需在每个执行周期都被访问。另一种方法是增加一个周期内获取的数据量，通过使用范围更广的闪存访问降低闪存的访问频率。

基于物联网的 MCU 也可以提供灵活的电源系统。在支持宽电源电压范围的情况下，MCU 可以由多个电源供电。例如像健身跟踪器这类简单的物联网应用，可以由纽扣电池来供电，而智能手表这类复杂的物联网应用则需要由 PMIC （电源管理集成电路）供电。另外，一些 MCU 通过其内部的降压转换器来有效地调节自身电源。

在考虑 MCU 的功耗模式时，超越其基本架构十分重要。例如，标准 ARM CPU 内核支持运行、睡眠和深度睡眠。附加功耗模式通常由特定的 MCU 供应商添加。例如，赛普拉斯的 PSoC 6 BLE MCU可执行包括，低功耗运行、低功耗睡眠和休眠状态在内的六种工作功耗模式。

图4：PSoC 6 BLE MCU 的功耗模式转换示例

多处理器 MCU（加快并行应用程序任务的运行速度）：基于物联网系统功能特性的增长，其复杂性也随之增加，而实际尺寸则越来越小。MCU 制造商的目标是提高系统的性能，同时尽可能降低尺寸和减少功耗。多核 MCU 和片上系统（SoC）通过在单个芯片中集成更多功能和最大限度地减少芯片面积提供更高的性能。多核处理器是包含两个或更多个独立核心（或 CPU）的 MCU 或 SoC。这些内核通常集成在单个芯片上，它们也可以作为一个封装中的多个芯片。

多核 MCU 有助于提供高性能并保持小尺寸。可穿戴设备等典型的物联网设计需要多个MCU，包括：一个用于无线通信的 BLE 控制器、用于执行用户界面的 Touch MCU 和一个用来实现该应用程序运行的主要的 MCU。这三种 MCU 的功能可以由一个高度集成的多核 MCU 提供。

多核 MCU 可带来许多其他益处。例如，它可以集成足够的资源使 CPU 能够并行处理密集型任务，从而充分发挥多任务处理的效率。这也使开发人员可以有效地将系统事件分配给特定的内核，从而达到功耗和性能目标。再比如，在双核可穿戴设计中，可以将需要较少 CPU 干预的周期性功能（例如无线广播和触摸感应）分配给一个内核。其他“频繁接触”的功能，如需要 CPU 频繁干预的传感器融合等，可以分配给另一个内核。当在系统中运行多个应用程序时，这种分区缩短了延迟时间。通过整合协议栈和程序存储器的集成还可以提高效率。

图5：物联网多核 MCU 示例

图6表示的是一个多核 MCU — 赛普拉斯 MCU PSoC 6 BLE。该双核 MCU 具有两个32位 ARM Cortex CPU — Cortex－M4 和 Cortex－M0＋。这两个 CPU 都是具备一个32位的数据路径、寄存器和存储器接口的32位处理器。Cortex－M4是专为实现短中断响应时间、高代码密度和高32位吞吐量同时保证严格的成本和功耗预算而设计的主 CPU。Cortex－M0＋ 作为辅助 CPU，用于提供网络安全、物理安全和保护功能。Cortex CPU 执行 Thumb指令集的一个子集，并具有两种被称为线程模式和处理者模式的操作模式。这些 CPU 在退出复位并执行应用程序软件时会进入线程模式。为了处理异常情况，CPU 会进入处理者模式。当所有异常处理完成后，CPU 返回到线程模式。

图6：多核嵌入式 MCU 示例（PSoC 6 BLE）

处理器间通讯（实现外设共享和信息交换）：

多核 MCU 通过需要处理器间通讯（IPC）来协调内核之间的运行。IPC 充当分配处理器间消息的通信管理器。现代 CPU 架构（如 ARM Cortex）支持硬件和固件中的多核通信，比如 SEV（发送事件）指令在执行时会提示设备中的所有核心。MCU 供应商采用多种方法来实现 IPC：

中断法：这种方法让一个内核向另一个内核发送一个中断来指示一个应用程序事件。通常中断程序非常紧凑，不会占用太多的代码存储空间。与任何中断机制一样，每个中断都有自己的 ISR（中断服务程序），通过它可以让相应的内核执行特定的任务。在实际的数据传递中，有一个可以被多个内核访问的共享内存。除了共享数据之外，它还提供了请求和确认消息的机制。

邮箱：邮箱是 RAM 中的专用存储空间，用于让每个 CPU 相互发送和接收消息。每个内核都要维护自己的 RAM 内存（邮箱）并将消息发送到其他内核的邮箱。

消息队列：消息队列使用共享内存的两个区域来存储每个核心发送给另一个核心的消息。第一个区域是被称为命令缓冲器的专用存储器，用于存储从主机发送到从机的命令。另一个专用存储器被称为消息缓冲器，它使从机能够响应主机。

图7：处理器间通讯（IPC）的各种模式

信号量：信号量是一种防止多个源同时访问共享资源的机制。在多核处理器中，共享硬件位置作为信号量指示特定内核是否正在使用特定的共享外设等。在访问外设之前，系统中的其他内核会读取信号量状态以查看是否可用。

串行存储器接口（IoT 内存的选择）：

内存是任何物联网系统不可缺少的组成部分。其功能主要是代码和数据存储。现代物联网设备不断增长的智能化需求带动了对更大代码和数据存储器的需求。但是将所有这些内存作为内部存储器集成到设备中会增加 MCU 的芯片尺寸和成本。另一种方法是根据需要提供外部扩展内存。这样开发人员就能够根据最终应用程序的需要添加内存。另外，如果在开发过程中内部存储空间预算不足，则可以增加外部存储器而不必重新设计整个系统。

了解外部存储器接口的速度和安全性以及使用方法也很重要。通常情况下，在节省 MCU上有限的 IO 引脚方面，串行存储器比并行存储器更好。基于 SPI 的串行存储器为数据记录提供了理想的接口速度，而直接执行外部代码则需要更高的速度。这些要求使 MCU 制造商必须提供 SPI 的替代品。以下是不同方案的数据吞吐量速度比较。

SPI：支持1位／循环的吞吐量

双路SPI：支持2位／循环的吞吐量

四路SPI：支持4位／循环的吞吐量

双四路SPI：支持1字节／循环的吞吐量

通常情况下，MCU 同时支持多种类型的存储器，为开发人员提供了最大的灵活性。

由于许多物联网系统会处理用户的个人数据，因此确保数据的安全尤为重要。代码存储器也同样需要保护，以防止设备被非法入侵。外部存储器在安全性方面更加脆弱，因此需要特殊的机制来保护外部存储的数据。为此，MCU 使用各种加密技术（例如 AES、DES、RSA）来保护数据和代码免受非法访问。例如，赛普拉斯半导体的 PSoC 6 BLE MCU 提供了一个特殊的串行存储器接口（SMIF）外设，该外设支持直接执行外部代码的 XIP（现场执行）模式和记录数据的 MMIO（内存映射 IO）模式。它使用特殊命令进行控制，比如闪存的编程／擦除、存储器设备的睡眠模式输入等。

图8：串行存储接口（SMIF）示例

SMIF 允许用户配置多个相同或不同类型和大小的存储设备。在内存（XIP）模式下，多个内存设备被映射到不同的地址。它们可以是不同类型和用途的存储器，也可以是在连续地址空间中配置以模拟连续大存储器的相同存储器设备。SMIF 外设和 SPI 闪存的组合使用可以替代外部 NAND 和 NOR 闪存，并且可以节省电路板空间。由于串行闪存直接映射到处理器的内存空间数据存储中并且支持 XIP 的执行，所以其易用性高于 NAND 内存。

系统的网络安全、隐私和设备安全（信任根源）：

设备一旦连网就存在被黑客入侵的可能性。因此，无论设备是运动手环还是联网汽车，物联网设备的安全性都是一个不容忽视的因素。所有层面都需要数据保护，包括存储、处理和通讯期间，从而确保系统的可靠性。另外，任何处理数据的软件或固件都应得到保护。可以在两个层面上实现这种安全性。第一个层面是软件安全，第二个层面是硬件安全，即通过硬件保护软件。

通常，安全软件使用存储在代码空间内的密钥。虽然这在技术上可以实现加密和解密，但这个过程仍然容易受到黑客攻击。这是因为它是一个存储代码，当代码被解码的那一刻，安全性就荡然无存了。

安全硬件则使用集成电路来保护系统，比如代码和数据的加密和解密。安全硬件是独立的，不需要任何额外的软件来操作，这杜绝了恶意代码、感染、污染或其他漏洞破坏系统、客户数据和服务的可能性。因此，在保护敏感数据或代码时，安全硬件是首选方法。所以用于物联网的 MCU 具有复杂的集成硬件安全特性，如密码块、代码保护 IP 和其他基于硬件的机制。

与固件相比，安全硬件还具有提供更快性能和更低功耗的优势。比如，赛普拉斯 PSoC 6 BLE MCU 中的专用加密模块可加速加密功能。此外，该模块提供了真随机数生成功能、对称密钥加密和解密、哈希、消息认证、随机数生成（伪随机和真随机）、循环冗余校验以及诸如启用／禁用、中断设置和标记等实用功能。该 MCU 组件还配备了安全启动功能。该功能使用 ROM 程序在闪存中验证用户数据。安全启动是一项包含加密技术的过程，它使物联网设备开始执行已认证的可信软件。因此，系统可以从一个已知、可信的状态开启。

在第一部分中，我们介绍了先进的工艺技术、低功耗设计技术、多核系统的功耗、内核间通讯、串行存储器接口以及系统安全性。第二部分将介绍高级 BLE 无线链路、模拟前端、智能触摸界面以及其他重要的物联网设计技术。

图9：物联网 MCU 的安全生态系统

在“剖析物联网的要求—第一部分”中介绍了先进的工艺技术、低功耗设计技术、多核系统的功耗问题、内核间的通讯、串行存储器接口以及系统安全。第二部分， 我们将介绍 BLE 无线链路、模拟前端、智能触摸界面以及其他重要的物联网设计技术。

无线连接技术的发展：

基于物联网的设备连接仍处于起步阶段。这意味着，随着新应用程式的涌现，显著提高了微控制器（MCU）系统在速度、功耗、范围和容量方面的需求。该领域的潜在商机打破了在设计方面的局限性。蓝牙技术联盟最新（特殊利益集团）宣布，蓝牙5.0标准定位于电子产业对物联网市场需求的典型布局。内容指出，全新的 BLE 标准可提供两倍的传输速度、四倍的传输范围以及广播包的数据承载量是上一个版本的8倍。这些新的技术特性将极大地促进物联网设备与我们日常生活间的各种连接。MCU作为物联网设备的核心，必须与时俱进，紧跟协议的发展进程，支持新标准提供的各种特性。以下是即将推出的最新BLE标准的主要特性。

● 速度（传输更快）：蓝牙5.0传输速度上限为2Mbps，是之前4.2版本的两倍。

● 传输距离（通信距离更远）：有效工作距离可达300米，是旧版本的4倍之多。

● 低功耗（延长电池/设备工作时间）：协议优化大大降低了能源消耗，提升了其性能。

● 广播能力（更大的承载量）：协议优化将提升800%增长的数据广播包的承载量。

● 安全功能：高安全加密及认证，确保只允许经受权用户跟踪设备位置和安全配对。

扩充处理器容量、内存及功耗方面的性能不会凭空而来。对于许多应用程序而言，底层硬件（例如MCU）需要做出相应调整以适应这些特性。因此，生产商在设计下一代MCU时必须时刻紧记这些要求。例如，赛普拉斯 PSoC 6 BLE MCU（见图1）为物联网设计人员提供BLE 5.0所具备的这些功能。

图1：PSoC 6 BLE子系统框图

尽管这些特点会增加MCU的负载，但也能为终端用户带来诸多好处：

● 性能（范围优势）：相比于基于物联网的其他协议，如Wi-Fi及ZigBee，BLE已经成为无线通信协议的首选。改进过的覆盖范围将确保蓝牙设备（如扬声器、智能门锁、灯泡等）可以在家里任意位置实现完全连接。这是真正实现智能家居的关键一步。BLE 5.0也有可能取代高功耗的Wi-Fi，控制智能家居设备。改进后的覆盖范围还能让智能手表等设备更方便地接收来自智能手机的即时通知。

● 低功耗（速度优势）：更快的转输速度提高了响应能力。对于那些非数据密集型物联网设备来说，更快的速度意味着会带来更低的消耗及更长的使用寿命。例如，将传输速度增加两倍，发送/接收时间减少近一半。这样就可以减少功耗，因为设备可以迅速进入低功耗模式。此外，更高的传输速度支持周期性的设备软件更新，这将是物联网应用的一个重要功能。

● 无线连接服务（广播容量优势）：广播容量的显著增加将使信息传输更加丰富和智能化，Beacon等无线连接服务将能够传输更多的信息。举例来说，Beacon可以传输实际内容，而不是通过URL指向内容。这可能将重新定义蓝牙设备传播信息的方式，因为它通过无需连接的物联网传输信息，而非蓝牙配对设备模式。这有可能让资产跟踪和智能垃圾管理等先进的应用更加智能地使用网状网络。

智能触摸界面：

正如第一部分中所讲到的，物联网设备跨越消费类、工业、汽车和商业应用领域。这些应用都能受惠于美观的的用户界面，且具备产品差异化，如触摸显示屏、按钮/滑块以及近距离感应。为了让用户享受最佳体验，触摸显示器还需支持手势识别、防水、手腕感应及戴手套触摸。这些特征都可以通过低功耗的电容感应技术实现，除此以外，触摸感应还可以帮助优化功耗，例如使用近距离感应来检测用户何时使用设备。将电容感应集成在 MCU 中则无需单独的专用传感设备，此外，此项集成还可以提升功效、性能并且降低成本（参见图2）。

图2：集成BLE连接与电容式触摸感应的PSoC 6

电容感应是实现创新应用和提高产品特色的关键技术：

智能家居开关─个人远程控制家用设备可以为生活带来带来许多好处，智能家电也是如此。支持智能家电需要两个关键的构建模块：一、无线连接，用于将设备连接到云端；二、可以由多个源头控制的智能开关，如云端、遥控、智能手机及/或用户自身输入指令。

图3：电容感应的智能开关

带有电容感应的智能开关可以实现许多高级功能：

1. 智能调光─电容感应滑块为调光功能提供了一个直观的物理接口。BLE使调光器具备无线连接功能，方便其放置在房屋内的任意位置。

2. 存储功能─MCU可以保存其内部存储中选择的亮度设置，并在电源中断或后续使用时恢复设置。

3. 安全性─智能开关的高压交流部分与继电器是隔离的，用户实体操作界面部分只用于处理低功率DC，从而保证用户安全。

4. 照明功能─MCU可以在开关上提供LED照明，以便用户在黑暗中找到开关。这一特性可以使用基于电容的近距离感应来启动。

5. 手势功能─智能开关具有检测近距离和触摸手势的能力，可轻松快速实现配置以运行特定任务。

6. 控制功能─支持基于物联网的MCU与电容式感应的开发生态系统，简化了对开关的管理，并兼容多个来源控制。

人体检测 — 基于电容式感应技术，可以在特定的范围内探测到包括人体在内的任何导电物质（由于质量的存在）。电容式感应技术丰富了物联网（IoT）设备的功能特性趣味化。例如，出于安全性和低功耗因素考虑，可穿戴设备需要能够检测出设备是否被使用者配带在手腕上。其工作原理非常简单。当用户佩戴设备时，电容式传感器就会检测到手腕上的手环进而触发锁定装置，防止他人偷窥到其中的重要数据。同理，当用户没有佩戴设备时，则会进入低功耗运作模式。这些设计有助于延长电池寿命，同时，这也是任何可穿戴产品所需要考虑的重要因素。

图 4 ：电容式感应手腕检测功能

电容式触摸滑块 — 滑块是一种重要的用户输入机制，可帮助用户轻松地与物联网产品相互作用。相较于大屏幕设备而言，此功能特别适用于小型可穿戴式设备。考虑到这个屏幕可能很小，当用户手指覆盖在屏幕上时，难以观看和更改参数或导航菜单。电容滑动模块使用户只需轻轻一扫就可以在不同的菜单/屏幕之间滑动。相同的滑块电极可以被用作点电容式触摸按钮，用于输入数据或选择菜单项。下图显示了电容式触摸滑块的体现形式。

图 5 ：电容式触摸滑块

电容式触摸显示屏 ─触摸显示屏为中型及大型的物联网设备提供丰富的用户界面。从微波炉到手持式医疗设备，从智能手表到工业控制器等等。通常，使用电容触摸技术结合显示屏上透明的铟锡氧化物层（ITO）来实现触摸显示屏。依据这种应用方式，电容式触控技术要求能够在潮湿的环境下工作。

图6：电容式触摸显示屏

基于手势的轻薄用户界面─ 特殊的手势在提高用户体验方面发挥着关键作用。不同的手势功能可帮助物联网制造商区分其产品在市场上的地位。例如，一款无线蓝牙扬声器可直接通过不同的手势来控制音量、上下曲等。手势功能已逐渐成为用户界面最简单直观的形式之一。智能手势包括：向左右任意方向滑动、单击、双击、长按键等等。设备可以由指定的用户手势“唤醒”，因此手势功能不仅可以简化UI，而且还能够降低功耗。

图7 ：电容式触控 / 手势接近

物联网传感器和接口 ：

物联网应用通常是由传感器、安全处理器和无线链路组成。传感器是物联网应用的关键技术。人类通过感官与外部环境进行交流。传感器可以加强人们与其周围环境的互动。

图 8 ：集成 BLE 连接的PSoC6及电容式触控模块

物联网应用程序普遍含有一个或多个传感器。这些传感器主要分为数字传感器和传统的模拟传感器。模拟传感器连续不间断的输出模拟信号，如电流或电压。通过传感器的量程获得所对应的测量值。市面上有多种模拟传感器，包括环境光传感器、温度传感器、声音传感器和紫外线传感器等。

相比之下，数字传感器是通过数据的数字化转换和传输的传感器。通过数字传感器将被测量值直接从模拟信号转换为数字输出。在许多应用中，数字传感器正逐步取代模拟传感器。数字数据通过电缆或其他媒介传输，将不会产生传输损耗。常用的数字传感器包括加速度传感器、压力传感器、磁力计和GPS等。

无论模拟传感器还是数字传感器，都需要通过一个接口电路将数据传递到基于物联网的MCU上。信号调节电路用来处理/提高模拟传感器的信号输出。这些电路通常被称为模拟前端（AFE）。AFE包含一个偏置电路、一个放大器、多个对比器、一个数模转换器（DAC）、多个模拟多路转换器、多个参考电压、一个用于抑制噪音的滤波网络、偏移消除等错误抑制技术以及一个用于数字化和处理传感器数据的模数转换器（ADC）。相反，数字传感器只需要一个数字化的通信渠道，需要使用一个通用异步收发传输器（UART）、集成电路总线（I2C）、 串行外设接口（SPI）或SPI通信端口将其输出传送到MCU。

将传感器与传统的微控制器连接起来，需要在芯片外构建接口电路，尽管某些设备可能已经将一个固定的ADC集成到了MCU中。对于物联网应用而言，最理想的莫过于实现完整的模拟和数字组件与高度集成的MCU相结合。

图 9 ：PSoC 6 BLE AFE 及 DFE

模拟前端在物联网中的用例：

让我们以心率监视仪（ HRM ）为例，了解一下物联网应用对于模拟前端（ AFE ）都有哪些需求。当HRM工作时，要求模拟信号调节电路以便其正常运作。测量心率有多种方法，最常用的三种是：

● 光学体积描技术（ PPG ）

● 心电图（ ECG）

● 心音图（ PCG）

光学体积描技术（PPG ） 是一种测量心血管脉冲波形的光学方法。通过人体动脉血流量的周期性脉动引致脉冲波。该测量方法需要使用一种光源和一个光电二极管（接收器）实现。通过红外线LED光源照射到皮肤上的光线可以检测到压力脉冲所引起的体积变化，然后测量出传送或者反射到光电二极管上的光的总量。图10显示了PPG测量方法的AFE电路。

图 10： PSoC 6 BLE AFE 示例─ 光学体积描技术（PPG ）

心电图（ECG）：当心脏经过去极化和复极化，会产生电流会并扩散到整个身体。通过在人体皮肤上的特定点放置电极来检测这些电脉冲。心电图（ECG）通过探测到的这些不同的心电脉冲，来追踪心脏的整体跳动节律。由于心脏肌肉的跳动作用和被感应到的身体点之间的间距，这些电信号介乎0.1mV至1.5mV。两个间距的输入点间的潜在区别被运算放大器放大。信号由ADC采样模拟数据转换，集成的ADC采样用于引导补偿电流进入放大器的反馈回路。通过切断采样间的电路模拟部分的电池供电单位以节省耗电量。

图 11 ： PSoC 6 BLE AFE 示例──心电图（ ECG ）

心音图（PCG ）：心脏瓣膜在打开和关闭时会产生收缩和扩张的声音，通常可以通过听诊器听到。传声器用来采集心跳，以及根据采集到信号来测量心率。这些声音都显示为有节奏的心率跳动。这种声学特性在心音描记仪中来确定心率。对来自传声器的电信号进行放大，并通过噪声滤波器消除外部噪声。使用数字滤波器从ADC数据中过滤出杂音和有节奏的声音，从而可以正确的计算出心率。

图 12 ： PSoC 6 BLE AFE 示例──心音图（ PCG ）

开发人员在设计物联网设备时很多选择。通过了解基于物联网MCU的各种功能，选择集成处理器，可简化设计、提高性能、显著提升产品功效，并且降低整个系统的成本。此外，开发人员可实现创新应用，使设备更具备易用性，从而领先于市场内的其他产品。