在醫(yī)療設(shè)備行業(yè)中，移動(dòng)和無線醫(yī)療設(shè)備的應(yīng)用、種類和數(shù)量正在突飛猛進(jìn)的增長(zhǎng)1，為電池供電醫(yī)療設(shè)備(Battery Powered Medical Devices，BPMD)提供新的、更為精確的耗電量分析方法已經(jīng)迫在眉睫。
傳統(tǒng)方法和測(cè)試挑戰(zhàn)
常見的 BPMD 耗電量分析方法要求設(shè)計(jì)工程師集成多個(gè)儀器和各種外部電路。通常使用示波器、數(shù)字萬用表或數(shù)字化儀執(zhí)行測(cè)量。這些測(cè)試設(shè)備通常是雙通道，分別測(cè)量電壓和電流，電流測(cè)量時(shí)也會(huì)借助分流器，同時(shí)使用電源或電池對(duì)被測(cè)醫(yī)療設(shè)備供電。在測(cè)量的時(shí)候，需要采取一定手段來控制醫(yī)療設(shè)備，使其處于不同的工作狀態(tài)，并控制儀器對(duì)電流、電壓、功率等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試、分析和校正。測(cè)試的過程可以是手動(dòng)控制，但更多是將儀器連接到計(jì)算機(jī)，通過編寫軟件來控制測(cè)試，獲得測(cè)試結(jié)果并進(jìn)行分析。在被測(cè)件每個(gè)工作狀態(tài)下，都會(huì)獲得一組相關(guān)的電壓參數(shù)和電流波形的文件。設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確定BPMD 每個(gè)工作狀態(tài)下的耗電量。
圖 1 被測(cè)件在休眠狀態(tài)下電流測(cè)量的傳統(tǒng)設(shè)置
傳統(tǒng)方法所獲得的信息是非常有限的，而且測(cè)量的精度也可能是個(gè)大問題。以下列舉了其中的幾個(gè)重要的原因：
1. 示波器、數(shù)字化儀等設(shè)備測(cè)量動(dòng)態(tài)電流，雖然有很高的采樣率，但電流測(cè)量的精度非常有限，而且還需要借助電流探討或電流傳感器。BPMD在休眠狀態(tài)的工作電流只有微安極甚至更低，而工作狀態(tài)的電流可以達(dá)到百毫安甚至更高。對(duì)如此高的動(dòng)態(tài)范圍的工作電流進(jìn)行表征，示波器或數(shù)字化儀加電流傳感器的方案顯然是無法勝任的。
2. 數(shù)字萬用表雖然對(duì)靜態(tài)的工作電流有非常高的測(cè)量精度，但由于速度很慢，無法快速測(cè)量動(dòng)態(tài)的電流，例如BPMD從休眠模式下的低電流狀態(tài)瞬間轉(zhuǎn)換到工作模式下峰值電流工作狀態(tài)時(shí)的信息。
3. BPMD 耗電量是動(dòng)態(tài)變化的，這使表征工作變得更加復(fù)雜。
總之，利用傳統(tǒng)的手段只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的耗電量分析，它無法幫助您深入了解和分析BPMD設(shè)計(jì)，對(duì)此進(jìn)行有效的改進(jìn)，以便提高可靠性和優(yōu)化電池使用壽命。
一體化的解決方案
一體化的解決方案不止是幫助您節(jié)省集成系統(tǒng)的時(shí)間和成本， 它更可以提高測(cè)量精度，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行全面而細(xì)致的分析，無需集成多臺(tái)儀器和編程。您可以專注于分析更有價(jià)值的結(jié)果，充滿信心地修改設(shè)計(jì)，以開發(fā)出更可靠、更節(jié)能的 BPMD。
新的一臺(tái)化測(cè)量方案采用了配置安捷倫N6781A SMU數(shù)字源表模塊的安捷倫N6705B直流電源分析儀，在安捷倫14585A耗電量分析軟件的輔助下，對(duì)BPMD 耗電量進(jìn)行精密和分析。這套配置是標(biāo)準(zhǔn)儀器，以大量應(yīng)用在手機(jī)、藍(lán)牙及各種器件的精密耗電分析。它可以同時(shí)對(duì)被測(cè)件提供最高20W的供電，并精確測(cè)量電壓和電流。這樣就構(gòu)成了供電、電壓測(cè)量、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電流測(cè)量、功率測(cè)量的一體化解決方案，無需外部的設(shè)備或電流傳感器。
結(jié)合測(cè)量功能與內(nèi)置的數(shù)據(jù)記錄儀功能，可以捕獲隨時(shí)間變化的電壓、電流和功率。這樣不僅可以獲得 BPMD不同工作狀態(tài)下的工作特性，還能精確計(jì)算 BPMD 的電池耗電量(Ah)。這種方案極大地簡(jiǎn)化了 BPMD 耗電量測(cè)量與分析。以下這個(gè)實(shí)例，就是對(duì)全球首個(gè) Wi-Fi 血壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(blip)進(jìn)行表征的結(jié)果。
圖2
圖 2 blip 無線血壓周期：1) 初始睡眠模式，2) 按下測(cè)量血壓(BP)按鈕，3) 向血壓袖帶充氣，4) 測(cè)量血壓，5) 將信息傳遞至Wi-Fi模塊，6) 通過 Wi-Fi 把血壓測(cè)量信息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)，7) 顯示血壓測(cè)量結(jié)果，8) 返回睡眠模式。設(shè)置游標(biāo)，捕獲完整測(cè)量周期內(nèi)的信息。血壓工作過程中值電流為 619mA。整個(gè)周期消耗的電池容量是 2.37mAh。
