優(yōu)化便攜式醫療應用的功耗

設計便攜式醫療設備會(huì )遇到各種各樣的挑戰，從空間限制、干擾問(wèn)題到人體工學(xué)考慮。然而，可以說(shuō)以上問(wèn)題并不比優(yōu)化系統功耗更重要。本技術(shù)綜述討論了設計人員在開(kāi)發(fā)下一款便攜式醫療設備時(shí)可以考慮的多種方法。

在醫師辦公室或醫院內外診斷健康問(wèn)題的便攜式醫療設備迅速增多。病人在家也可以使用便攜式醫療設備來(lái)監控血壓、肺活量、血糖水平，以及記錄心臟事件。對于采用電池供電的便攜式醫療設備，提高計算能力、減小尺寸和延長(cháng)運行時(shí)間的要求使得電源系統設計極具挑戰性。電源系統對電池大小、運行時(shí)間、待機時(shí)間、物料(BOM)成本和可靠性均有影響。

當與電源線(xiàn)路相連時(shí)，便攜式系統必須能夠發(fā)揮最大處理能力，同時(shí)不會(huì )產(chǎn)生過(guò)多熱量；遠程或在便攜狀態(tài)下使用時(shí)，電池使用時(shí)間必須最大化（圖1）。電池最長(cháng)使用時(shí)間，即便攜式設備在需要充電或更換電池前所能工作的時(shí)間，取決于電源系統因素，如電池容量、電源系統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，才能使電池壽命達到最長(cháng)。

圖1. 一般手持式便攜系統

為使電池使用時(shí)間達到最長(cháng)，設計人員需要通過(guò)優(yōu)化電池管理軟件來(lái)增強便攜式系統硬件的效率。運行復雜的專(zhuān)用軟件對計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(cháng)電池運行時(shí)間，但軟件性能會(huì )下降。系統架構師可以通過(guò)選擇最適合應用的處理器速度來(lái)提高系統效率。便攜式系統的另一種省電方法是關(guān)斷不用的子系統，如微處理器、顯示器背光、數據端口和處于測量間隙的傳感器，使用調節器的使能輸入或負載開(kāi)關(guān)來(lái)隔離電池。

設計便攜式電源系統時(shí)，并不存在一體通用的解決方案。延長(cháng)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(xiàn)路供電的醫療設備，能夠提高系統效率，降低內部溫度和運行成本。

便攜式醫療設備（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ADXL322，其典型功耗僅340 μA，可以通過(guò)周期供電來(lái)進(jìn)一步延長(cháng)電池使用時(shí)間。