優(yōu)化便攜式醫(yī)療應(yīng)用的功耗

設(shè)計(jì)便攜式醫(yī)療設(shè)備會(huì)遇到各種各樣的挑戰(zhàn)，從空間限制、干擾問題到人體工學(xué)考慮。然而，可以說以上問題并不比優(yōu)化系統(tǒng)功耗更重要。本技術(shù)綜述討論了設(shè)計(jì)人員在開發(fā)下一款便攜式醫(yī)療設(shè)備時(shí)可以考慮的多種方法。

在醫(yī)師辦公室或醫(yī)院內(nèi)外診斷健康問題的便攜式醫(yī)療設(shè)備迅速增多。病人在家也可以使用便攜式醫(yī)療設(shè)備來監(jiān)控血壓、肺活量、血糖水平，以及記錄心臟事件。對(duì)于采用電池供電的便攜式醫(yī)療設(shè)備，提高計(jì)算能力、減小尺寸和延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間的要求使得電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)極具挑戰(zhàn)性。電源系統(tǒng)對(duì)電池大小、運(yùn)行時(shí)間、待機(jī)時(shí)間、物料(BOM)成本和可靠性均有影響。

當(dāng)與電源線路相連時(shí)，便攜式系統(tǒng)必須能夠發(fā)揮最大處理能力，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過多熱量；遠(yuǎn)程或在便攜狀態(tài)下使用時(shí)，電池使用時(shí)間必須最大化（圖1）。電池最長(zhǎng)使用時(shí)間，即便攜式設(shè)備在需要充電或更換電池前所能工作的時(shí)間，取決于電源系統(tǒng)因素，如電池容量、電源系統(tǒng)效率和電源管理軟件。只有充分利用所有這些因素降低電池消耗，才能使電池壽命達(dá)到最長(zhǎng)。

圖1. 一般手持式便攜系統(tǒng)

為使電池使用時(shí)間達(dá)到最長(zhǎng)，設(shè)計(jì)人員需要通過優(yōu)化電池管理軟件來增強(qiáng)便攜式系統(tǒng)硬件的效率。運(yùn)行復(fù)雜的專用軟件對(duì)計(jì)算能力提出了更高要求，需要使用高耗電量的高速微處理器。降低處理器速度可以降低功耗，延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間，但軟件性能會(huì)下降。系統(tǒng)架構(gòu)師可以通過選擇最適合應(yīng)用的處理器速度來提高系統(tǒng)效率。便攜式系統(tǒng)的另一種省電方法是關(guān)斷不用的子系統(tǒng)，如微處理器、顯示器背光、數(shù)據(jù)端口和處于測(cè)量間隙的傳感器，使用調(diào)節(jié)器的使能輸入或負(fù)載開關(guān)來隔離電池。

設(shè)計(jì)便攜式電源系統(tǒng)時(shí)，并不存在一體通用的解決方案。延長(zhǎng)電池使用時(shí)間的方法有許多種，某種方法可能優(yōu)于其它方法。本文所述的技術(shù)同時(shí)適用于便攜式和線路供電的醫(yī)療設(shè)備，能夠提高系統(tǒng)效率，降低內(nèi)部溫度和運(yùn)行成本。

便攜式醫(yī)療設(shè)備（如圖所示的PocketCPR）采用低至2.7 VDC的電源供電。PocketCPR使用ADI公司的iMEMS低g高性能加速度計(jì)ADXL322，其典型功耗僅340 μA，可以通過周期供電來進(jìn)一步延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。