便攜式儀器顧名思義說明該儀器很方便，但是如果需要電源的便攜儀器，那么該儀器應(yīng)該電池供電。

使用者當(dāng)然不希望經(jīng)常性的充電或更換電池，所以待機(jī)時間的長短往往是使用者考慮的一個重要因素。這要求設(shè)計者采取各種方法來降低功耗。
1．1　選擇低功耗的元器件
　　隨著集成電路工藝的發(fā)展，集成電路的電源電壓已呈下降趨勢。運(yùn)算放大器、A／D轉(zhuǎn)換器及各種數(shù)字器件均廣泛采用CMOS工藝。微功耗IC的工作電流已經(jīng)降到幾μA～幾十μA，一種帶基準(zhǔn)電壓源的電壓比較器MAX918，工作電流僅需0．8μA，這使得功耗顯著降低。作者根據(jù)自己的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)建議：
　　由于低的電源電壓有助于降低功耗，近年來，3．3V的低電壓CMOS器件已經(jīng)在設(shè)計中被廣泛應(yīng)用，2．5V供電的芯片也出現(xiàn)在較新的便攜式儀器中。將來芯片的電源電壓甚至還會繼續(xù)下降到0．9V。
　　MCU（微控制器）和MPU（微處理器）往往是系統(tǒng)中消耗功率*多的元件，盡量選擇RISC芯片，因?yàn)樾酒凸牡挠涗洿蠖嗍怯蒖ISC芯片創(chuàng)造的。
　　單電源供電可提高電源使用效率，在設(shè)計中盡量采取單電源供電的芯片，特別是運(yùn)放。
　　顯示元件可采用LCD（液晶）顯示器，盡量不用根據(jù)不同的工作狀態(tài)可以關(guān)閉一部分電路，特別是對大電流器件。早期有關(guān)閉功能控制的主要是電源IC，現(xiàn)逐步發(fā)展到運(yùn)算放大器、比較器、A／D轉(zhuǎn)換器等器件。在關(guān)閉狀態(tài)下，IC不工作，耗電在零點(diǎn)幾微安到幾微安之間。當(dāng)電路不可避免的使用大電流器件時，如紅外發(fā)射器、無線通訊發(fā)射器件等，應(yīng)設(shè)計使大電流的電路單元僅僅在需要其工作的短時間內(nèi)工作，其余時間使儀表處于斷電狀態(tài)。設(shè)計這種電路時需考慮電路的工作響應(yīng)時間。
　　降低系統(tǒng)的時鐘頻率。數(shù)字芯片的功耗與時鐘頻率有關(guān)，在權(quán)衡運(yùn)行速度后，采用較低的時鐘頻率可以降低電流消耗。以PIC16C71低功耗單片機(jī)為例，當(dāng)供電電壓為5V，時鐘頻率為4 MHz時，功耗約為10 mW；在相同的供電電壓下，把時鐘頻率降到32 kHz時，功耗約為0．15 mW。功耗明顯減少。
　　供電系統(tǒng)的設(shè)計是低功耗設(shè)計的重要方面。當(dāng)一個系統(tǒng)采用電池供電時，設(shè)計人員必須考慮電流消耗、工作電壓范圍、尺寸和重量約束、工作溫度范圍以及工作頻率等因素。各種類型電池的工作電壓互不相同，鋰電池為3．0V，而鎳－鎘電池則可提供高達(dá)30A的電流。設(shè)計人員選擇電池時必須考慮每種類型電池的所有特征。電源芯片需考慮采用效率高、體積小的芯片。
　　在設(shè)計階段就應(yīng)該對功能和功耗進(jìn)行評估。一般說來，更多功能必然意味著更大的硬件規(guī)模、更大的功率消耗，有一些可有可無的功能應(yīng)盡量縮減。
1．3　優(yōu)化軟件設(shè)計，充分利用睡眠方式
　　在大部分便攜式儀器內(nèi)部有MCU，MCU節(jié)省內(nèi)部功耗的*佳方法就是進(jìn)入睡眠狀態(tài)。在睡眠狀態(tài)下，MCU的振蕩器被關(guān)閉，這可使它只消耗極小的電流，典型值為幾微安數(shù)量級�？衫帽O(jiān)視定時器或外部中斷將MCU從睡眠狀態(tài)喚醒。如動態(tài)心電圖儀，由于人的心跳相對于MCU的時鐘是很緩慢的，可以利用定時器中斷，定時的將MCU喚醒，處理完成后再次進(jìn)入休眠，這樣可以大大降低功耗。
2　抗干擾設(shè)計
　　人體置身于充滿電磁場的空間，恰如一個天線接收器，人體上感應(yīng)有各種頻率的電壓，很有可能干擾便攜式儀器。而且便攜式儀器可能會工作在各種環(huán)境下，特別是一些針對工業(yè)用的儀表要面對電磁環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，這時外界的干擾就更大了。
　　形成干擾的基本要素有3個：干擾源、傳播路徑和干擾壓力表耦合器件。干擾源是產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號，比如雷電、電機(jī)、高頻時鐘等。傳播路徑是指從干擾源到干擾耦合器件的通路和媒質(zhì)。干擾耦合器件指被干擾的對象，每個IC和傳感器都有可能被干擾。對便攜式儀器而言，因?yàn)槠渌幬恢玫牟还潭ㄐ�，外部干擾源是不可選擇的，所以只能從降低內(nèi)部干擾、消除干擾傳播途徑上做文章。
　　一般電路設(shè)計中的幾個抗干擾原則依然是要遵循的。如合理分布元件，強(qiáng)弱信號及數(shù)字、模擬信號分塊布局；盡量避免90°折線，布線器支持圓弧線的盡量用圓弧線；數(shù)字地與模擬地分離，并*后接于電源地；用地線將數(shù)字區(qū)和模擬區(qū)隔離；布線時盡量減少回路環(huán)的面積，電源線和地線要盡量粗，采用多層板設(shè)計，一層電源一層地，以降低噪聲的耦合；對電源低頻濾波，電路板上每個IC電源輸入端并聯(lián)一個0．01μF～0．1μF的壓力表高頻濾波電容；對于芯片閑置的管腳，盡量不要懸空；單片機(jī)系統(tǒng)使用電源監(jiān)控和看門狗電路；高頻器件盡可能放在電路板邊緣；盡可能降低時鐘頻率等等。
　　但是也有些傳統(tǒng)的抗干擾措施不可能應(yīng)用于便攜式儀器。比如對付高頻輻射干擾*有效的辦法就是在外殼加屏蔽罩，這種措施一方面增加了體積和重量，另一方面對于有些需要與外界接觸的儀器是不適用的。替代的方法是在外殼噴涂導(dǎo)電材料。再如，如果受板上空間的限制，不能將輸入的模擬信號充分濾波，則必須用軟件濾波。
　　多數(shù)的連接元件與電纜相連，這樣就為EMI（電磁干擾）充當(dāng)了不想要的校驗(yàn)儀天線。因此設(shè)計時應(yīng)保持連接元件與高頻信號源（如時鐘信號）盡量遠(yuǎn)。同樣易受干擾的電路，如復(fù)位或中斷，也盡量遠(yuǎn)離高頻信號源，并加大電容濾波。當(dāng)板上沒有足夠的空間時，寧可將連接元件固定在外殼上。
 

原創(chuàng)作者：金湖美安特自動化儀表有限公司