便携式仪器的设计经验

　　随着信息社会日新月异的发展,便携式电子产品的发展速度极为迅猛,几乎覆盖了社会生活的各个方面。通讯和计算机领域的手机、掌上电脑、电子字典;消费类电子的CD机、VCD机彩色液晶电视、各种袖珍电子游戏机;工业领域的小型仪器如便携式测湿度计、频率计、抄表器;医疗保健用的测血压的手表、能塞入耳道的助听器、随身携带的动态心电图仪、能达到0·01℃测温精度的体温计以及各种理疗功能的电子仪器等等。这些便携式电子产品具有操作简单和易于携带等显著优点。为了满足这些优点,与一般固定仪器相比,在便携式仪器的设计中应该更多的考虑到尺寸、重量、功耗等问题。另外由于便携式仪器随身携带,可能会处于各种复杂环境之下,ESD(静电放电)和抗干扰性也是非常棘手的问题。笔者根据经验,分4个方面来说明便携式仪器设计中要注意的问题。

　　1　低功耗设计

　　便携式仪器一般采取电池供电方式。使用者当然不希望经常性的充电或更换电池,所以待机时间的长短往往是使用者考虑的一个重要因素。这要求设计者采取各种方法来降低功耗。

　　1·1　选择低功耗的元器件

　　随着集成电路工艺的发展,集成电路的电源电压已呈下降趋势。运算放大器、A/D转换器及各种数字器件均广泛采用CMOS工艺。微功耗IC的工作电流已经降到几μA~几十μA,一种带基准电压源的电压比较器MAX918,工作电流仅需0·8μA,这使得功耗显著降低。作者根据自己的设计经验,提出以下几点建议:由于低的电源电压有助于降低功耗,近年来,3·3V的低电压CMOS器件已经在设计中被广泛应用,2·5V供电的芯片也出现在较新的便携式仪器中。将来芯片的电源电压甚至还会继续下降到0·9V。

　　MCU(微控制器)和MPU(微处理器)往往是系统中消耗功率最多的元件,尽量选择RISC芯片,因为芯片低功耗的记录大多是由RISC芯片创造的。单电源供电可提高电源使用效率,在设计中尽量采取单电源供电的芯片,特别是运放。显示元件可采用LCD(液晶)显示器,尽量不用LED。

　　1·2　优化硬件电路设计

　　为了进一步减少功耗,在硬件设计中应考虑到根据不同的工作状态可以关闭一部分电路,特别是对大电流器件。早期有关闭功能控制的主要是电源IC,现逐步发展到运算放大器、比较器、A/D转换器等器件。在关闭状态下,IC不工作,耗电在零点几微安到几微安之间。当电路不可避免的使用大电流器件时,如红外发射器、无线通讯发射器件等,应设计使大电流的电路单元仅仅在需要其工作的短时间内工作,其余时间使其处于断电状态。设计这种电路时需考虑电路的工作响应时间。