嵌入式便携心电监护仪的功耗降低方法研究

　　研制嵌入式便携智能仪器首先要解决的核心问题是降低功耗.一般要求仪器在电池供电情况下能连续工作数天,此对其功耗的要求是十分严格的.同时,还要求其体积小、重量轻,以便携带.本文通过嵌入式便携心电监护仪的设计讨论了降低嵌入式便携智能仪器整机功耗的设计思想和它们的具体实现.

　　1　芯片选择和最小元件集

　　为降低功耗、缩小体积、增强功能,必须对芯片进行严格挑选[1～3].因此采用了以下3条选择芯片的原则:

　　(1)低功耗.

　　(2)单一5 V电源.

　　(3)具有足够的速度.

　　其中低功耗意味着尽可能选择CMOS工艺生产的集成度大的集成电路.

　　1.1　嵌入式微处理器的选择

　　要使该监护仪实现其较强的智能,在目前的情况下,只有嵌入式微处理器才能完成这个任务.它体积小,具有较强的计算能力.选择嵌入式微处理器要考虑的是:按CMOS工艺生产;要达到一定的精度,也就是字长要适当;配套芯片要尽可能少;指令集要尽可能丰富;要有足够的速度;较强的中断功能;最好内置DMA控制器.这些问题都是与功耗、体积分不开的. CMOS工艺的嵌入式微处理器则意指低功耗,并且在CMOS工艺的嵌入式微处理器中,还应该选择其功耗尽可能地低.例如,NSC800也是CMOS工艺的,但它的功耗为50 mW,而CMOS工艺的RCA-CDP1802的典型功耗在5 V电源下仅为10 mW,因此从功耗上看RCA-CDP1802较NSC800更具优势.配套芯片少则能缩小体积、降低功耗.嵌入式微处理器的字长位数也与仪器的体积、功耗有密切关系.位数多则能在保证计算速度的条件下提高计算精度,但此时数据通道大,因而在存储相同数量的心电数据的情况下,存储容量将增加,体积也将增加.又因存储器的功耗在整个系统功耗中占有相当比例,因此系统功耗将增加.

　　经过综合考虑,选择8位的、可工作于单一5 V电源电压下的RCA-CDP1802嵌入式微处理器作为该监护仪的心脏.它的基本指令周期在6.4 MHz下为2.5μs;5 V电源电压下的典型工作电流为2mA,典型功耗为10 mW.

　　1.2　存储器选择

　　选择存储器芯片要考虑存储器的结构[4],也就是要合理安排存储器结构使之有利于功耗的降低和体积的缩小.首先选择CMOS工艺的低功耗存储器,在此基础上再以RAM为例讨论它的结构选择与降低功耗、缩小体积间的关系.

　　CMOS工艺的存储器品种繁多,从它们的结构来分,有2k×8位的HM6116, 1k×4位的NMC6514,1k×1位的HM6508和CDP1821,256×4位的CDP1822,256×1位的CD40061,32×8位的CDP1824等等.选择存储器,首先考虑在每位功耗相同的条件下,应该选择何种结构较为合理.所需考虑的条件为功耗低,体积小.