詳解可穿戴設備電源管理關(guān)鍵考量

在過(guò)去短短幾年中，我們看到了可穿戴設備在各個(gè)細分市場(chǎng)的受歡迎度都在飆升。原因不難理解：這些產(chǎn)品融合了一些最新的技術(shù)，并以一種非常直觀(guān)且不打擾的方式改善人們的健康狀況并簡(jiǎn)化日常任務(wù)和活動(dòng)。

今天，流行的可穿戴設備包括：

• 無(wú)顯示屏的服裝配飾和基本的運動(dòng)追蹤器。此類(lèi)產(chǎn)品主要為了實(shí)現基本的健康跟蹤和其他自定義功能。藍牙低功耗（BLE）協(xié)議非常適合作為這類(lèi)應用的無(wú)線(xiàn)連接解決方案。

圖1：運動(dòng)追蹤器用例

• 帶顯示屏的運動(dòng)手環(huán)和運動(dòng)手表。該消費領(lǐng)域預計將在未來(lái)幾年實(shí)現顯著(zhù)增長(cháng)。最新的產(chǎn)品設計具有更大和增強的彩色顯示屏，并實(shí)現更長(cháng)的電池續航能力（約1周）。還可以實(shí)現不同的健康監測功能，例如24小時(shí)心律監測（HRM）、壓力和睡眠監測，以及各種健身和運動(dòng)追蹤，例如游泳、打高爾夫球等。GPS和音樂(lè )選項在此類(lèi)應用中呈現發(fā)展趨勢。BLE也是這類(lèi)應用中最受歡迎的無(wú)線(xiàn)連接解決方案之一。

圖 2 ：運 動(dòng) 手 表 用 例

智能手表。這類(lèi)應用是目前可穿戴設備領(lǐng)域中最先進(jìn)的細分市場(chǎng)，主要的技術(shù)廠(chǎng)商都在不斷探索新的可能性并展示他們的最新創(chuàng )新。例如Apple Watch和三星Galaxy Watch。這類(lèi)應用通常包含藍牙、BLE和Wi-Fi的組合解決方案，以實(shí)現無(wú)縫的無(wú)線(xiàn)連接。這類(lèi)產(chǎn)品通常的電池續航時(shí)間為一天，類(lèi)似于智能手機。該細分市場(chǎng)預計也將在未來(lái)幾年以不錯的速度增長(cháng)。

實(shí)用設計

可穿戴產(chǎn)品設計應包括所有必需的硬件組件，以實(shí)現其所需的功能，滿(mǎn)足用戶(hù)需求。因此，可穿戴設備的電源管理成為了實(shí)現穩定性能和更長(cháng)電池續航能力的關(guān)鍵因素，而且成本上也必須具有非常強的競爭力。

Dialog的DA1469x BLE解決方案系列為設計人員和制造商如何將新的系統元件集成到可穿戴設備中提供了一個(gè)參考點(diǎn)，從而為客戶(hù)帶來(lái)新的價(jià)值，尤其是在電源管理方面。以下利用DA1469x芯片的運動(dòng)追蹤器和運動(dòng)手表的系統電路框圖為此參考點(diǎn)做了很好的說(shuō)明：

圖3：DA1469x 數字電源域和電路框圖

在圖中我們看到，集成的PMIC功能能夠為外部元件（如傳感器和顯示屏）供電，這對于簡(jiǎn)化可穿戴設計至關(guān)重要。除了電源管理功能外，集成的充電器可以通過(guò)USB接口對鋰離子或鋰聚合物電池充電，可穿戴產(chǎn)品中通常使用這類(lèi)電池，這也是實(shí)現電源效率最大化的重要考慮因素。

可穿戴設備的關(guān)鍵電源管理特性

尋求可穿戴設計功耗優(yōu)化的工程師應優(yōu)先考慮一些關(guān)鍵要求，這些要求我們Dialog已經(jīng)在DA1469x中實(shí)現：

• 多處理內核

例如，DA1469x使用三個(gè)不同的處理內核，通過(guò)在不使用時(shí)將其關(guān)閉，以及為每個(gè)任務(wù)選擇正確的內核，從而降低總體功耗。

• 電源軌

所有可穿戴設計都面臨的挑戰是為設計中所包含的所有元件供電和進(jìn)行電源管理。 今天的可穿戴設備由一些不同元件組成，并非所有元件都需要相同的供電電壓，也不是所有元件都需要同時(shí)供電。解決此問(wèn)題的直接方法是在設計中添加單獨的可控電源單元（例如PMIC）。將PMIC與外部電源軌結合使用，為設計人員提供了生成所需電壓的靈活性，而不會(huì )增加成本或PCB面積。

• 充電器

穩定的電池是可穿戴設備的關(guān)鍵。將符合JEITA標準、功能齊全、大功率電池充電器與PMIC模塊集成在一起，有助于開(kāi)發(fā)人員創(chuàng )建出色的產(chǎn)品設計，并為最終客戶(hù)提供功能豐富且成本最優(yōu)的設備。該內置充電器方案還能自我調整充電過(guò)程，確保在充滿(mǎn)電后會(huì )自動(dòng)開(kāi)始調節電池。

• 多種睡眠模式

休眠、深度睡眠和擴展睡眠模式的組合，在保留的不同大小的RAM，不同的時(shí)鐘模式，打開(kāi)和關(guān)閉不同的電源域之間循環(huán)，結合靈活的系統喚醒、不同的睡眠模式，可使設備自行調整電源管理需求。

• 觸覺(jué)控制支持

集成的觸覺(jué)反饋驅動(dòng)器和控制器可與偏心旋轉質(zhì)量（ERM）和線(xiàn)性諧振傳動(dòng)器（LRA）外部器件結合使用，LRA的功耗比ERM低約2.5倍。該方法自動(dòng)適應觸覺(jué)反饋傳動(dòng)器的諧振頻率，并利用可配置的供電電流來(lái)設置震動(dòng)反饋。

• LCD控制器

LCD控制器能夠支持串行（SPI3/4）和并行接口，使可穿戴系統設計人員能夠從多種配套控制器選項中選擇一種。這有助于實(shí)現使用并行接口的高能效反射式顯示器（在可穿戴設備中很受歡迎）。

隨著(zhù)可穿戴設備市場(chǎng)的廣度和受歡迎程度不斷擴大，工程師和設計人員應該優(yōu)先考慮這些關(guān)鍵要求，并以?xún)?yōu)化電源管理以實(shí)現最高效率的方式將它們集成到設備中。如果不能保持較長(cháng)的電池續航能力，那么即使是全世界最堅固耐用、功能齊全的可穿戴設備，對消費者而言也是沒(méi)什么用處的。