詳解可穿戴設(shè)備電源管理關(guān)鍵考量

在過去短短幾年中，我們看到了可穿戴設(shè)備在各個(gè)細(xì)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(shè)備包括：

·無顯示屏的服裝配飾和基本的運(yùn)動(dòng)追蹤器。此類產(chǎn)品主要為了實(shí)現(xiàn)基本的健康跟蹤和其他自定義功能。藍(lán)牙低功耗(BLE)協(xié)議非常適合作為這類應(yīng)用的無線連接解決方案。

圖1：運(yùn)動(dòng)追蹤器用例

·帶顯示屏的運(yùn)動(dòng)手環(huán)和運(yùn)動(dòng)手表。該消費(fèi)領(lǐng)域預(yù)計(jì)將在未來幾年實(shí)現(xiàn)顯著增長(zhǎng)。最新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有更大和增強(qiáng)的彩色顯示屏，并實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池續(xù)航能力(約1周)。還可以實(shí)現(xiàn)不同的健康監(jiān)測(cè)功能，例如24小時(shí)心律監(jiān)測(cè)(HRM)、壓力和睡眠監(jiān)測(cè)，以及各種健身和運(yùn)動(dòng)追蹤，例如游泳、打高爾夫球等。GPS和音樂選項(xiàng)在此類應(yīng)用中呈現(xiàn)發(fā)展趨勢(shì)。BLE也是這類應(yīng)用中最受歡迎的無線連接解決方案之一。

圖2：運(yùn)動(dòng)手表用例

·智能手表。這類應(yīng)用是目前可穿戴設(shè)備領(lǐng)域中最先進(jìn)的細(xì)分市場(chǎng)，主要的技術(shù)廠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。這類應(yīng)用通常包含藍(lán)牙、BLE和Wi-Fi的組合解決方案，以實(shí)現(xiàn)無縫的無線連接。這類產(chǎn)品通常的電池續(xù)航時(shí)間為一天，類似于智能手機(jī)。該細(xì)分市場(chǎng)預(yù)計(jì)也將在未來幾年以不錯(cuò)的速度增長(zhǎng)。

實(shí)用設(shè)計(jì)

可穿戴產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)包括所有必需的硬件組件，以實(shí)現(xiàn)其所需的功能，滿足用戶需求。因此，可穿戴設(shè)備的電源管理成為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性能和更長(zhǎng)電池續(xù)航能力的關(guān)鍵因素，而且成本上也必須具有非常強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

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

圖3：DA1469x 數(shù)字電源域和電路框圖

在圖中我們看到，集成的PMIC功能能夠?yàn)橥獠吭?如傳感器和顯示屏)供電，這對(duì)于簡(jiǎn)化可穿戴設(shè)計(jì)至關(guān)重要。除了電源管理功能外，集成的充電器可以通過USB接口對(duì)鋰離子或鋰聚合物電池充電，可穿戴產(chǎn)品中通常使用這類電池，這也是實(shí)現(xiàn)電源效率最大化的重要考慮因素。

可穿戴設(shè)備的關(guān)鍵電源管理特性

尋求可穿戴設(shè)計(jì)功耗優(yōu)化的工程師應(yīng)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(xiàn)：

·多處理內(nèi)核

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

·電源軌

所有可穿戴設(shè)計(jì)都面臨的挑戰(zhàn)是為設(shè)計(jì)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(shè)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。解決此問題的直接方法是在設(shè)計(jì)中添加單獨(dú)的可控電源單元(例如PMIC)。將PMIC與外部電源軌結(jié)合使用，為設(shè)計(jì)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(wěn)定的電池是可穿戴設(shè)備的關(guān)鍵。將符合JEITA標(biāo)準(zhǔn)、功能齊全、大功率電池充電器與PMIC模塊集成在一起，有助于開發(fā)人員創(chuàng)建出色的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并為最終客戶提供功能豐富且成本最優(yōu)的設(shè)備。該內(nèi)置充電器方案還能自我調(diào)整充電過程，確保在充滿電后會(huì)自動(dòng)開始調(diào)節(jié)電池。

·多種睡眠模式

休眠、深度睡眠和擴(kuò)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，打開和關(guān)閉不同的電源域之間循環(huán)，結(jié)合靈活的系統(tǒng)喚醒、不同的睡眠模式，可使設(shè)備自行調(diào)整電源管理需求。

·觸覺控制支持

集成的觸覺反饋驅(qū)動(dòng)器和控制器可與偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(ERM)和線性諧振傳動(dòng)器(LRA)外部器件結(jié)合使用，LRA的功耗比ERM低約2.5倍。該方法自動(dòng)適應(yīng)觸覺反饋傳動(dòng)器的諧振頻率，并利用可配置的供電電流來設(shè)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(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠從多種配套控制器選項(xiàng)中選擇一種。這有助于實(shí)現(xiàn)使用并行接口的高能效反射式顯示器(在可穿戴設(shè)備中很受歡迎)。

隨著可穿戴設(shè)備市場(chǎng)的廣度和受歡迎程度不斷擴(kuò)大，工程師和設(shè)計(jì)人員應(yīng)該優(yōu)先考慮這些關(guān)鍵要求，并以優(yōu)化電源管理以實(shí)現(xiàn)最高效率的方式將它們集成到設(shè)備中。如果不能保持較長(zhǎng)的電池續(xù)航能力，那么即使是全世界最堅(jiān)固耐用、功能齊全的可穿戴設(shè)備，對(duì)消費(fèi)者而言也是沒什么用處的。