優(yōu)化便攜式醫(yī)療應用的功耗

設計便攜式醫(yī)療設備會遇到各種各樣的挑戰(zhàn)，從空間限制、干擾問題到人體工學考慮。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)綜述討論了設計人員在開發(fā)下一款便攜式醫(yī)療設備時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)療設備迅速增多。病人在家也可以使用便攜式醫(yī)療設備來監(jiān)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(yī)療設備，提高計算能力、減小尺寸和延長運行時間的要求使得電源系統(tǒng)設計極具挑戰(zhàn)性。電源系統(tǒng)對電池大小、運行時間、待機時間、物料(BOM)成本和可靠性均有影響。

當與電源線路相連時，便攜式系統(tǒng)必須能夠發(fā)揮最大處理能力，同時不會產(chǎn)生過多熱量；遠程或在便攜狀態(tài)下使用時，電池使用時間必須最大化（圖1）。電池最長使用時間，即便攜式設備在需要充電或更換電池前所能工作的時間，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，才能使電池壽命達到最長。

圖1. 一般手持式便攜系統(tǒng)

為使電池使用時間達到最長，設計人員需要通過優(yōu)化電池管理軟件來增強便攜式系統(tǒng)硬件的效率。運行復雜的專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，延長電池運行時間，但軟件性能會下降。系統(tǒng)架構(gòu)師可以通過選擇最適合應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)端口和處于測量間隙的傳感器，使用調(diào)節(jié)器的使能輸入或負載開關(guān)來隔離電池。

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

便攜式醫(yī)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，可以通過周期供電來進一步延長電池使用時間。