作者 Landa Culbertson, Mouser Electronics

可穿戴設(shè)備中的電源管理技術(shù)

超低功耗的電源轉(zhuǎn)換是實(shí)現(xiàn)可穿戴設(shè)備最佳電源續(xù)航的關(guān)鍵。以下是一些最新的低功率產(chǎn)品或者高效直流-直流轉(zhuǎn)換產(chǎn)品。

TI的 TPS727xx系列，250mA LDOs 特色是有著極小的僅為7.9μA靜態(tài)電流，低漏失電流（100mA典型電壓為65mV，200mA典型電壓為130mV，250mA典型電壓為163mV），寬輸出電壓和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。LDO還有一個(gè)特點(diǎn)是有著高電源電壓抑制比（PSRR），在RF應(yīng)用上有著1kHz 70dB的平穩(wěn)表現(xiàn)，有著小的低成本的10μA陶瓷電容器。

如今TI推出的還有TPS82740B 200mA升降壓轉(zhuǎn)換模塊，能提供95%的轉(zhuǎn)換率，在工作時(shí)僅消耗360nA lq，而安靜時(shí)更僅為70nA。小型模塊可用于完全整合，合并了交換調(diào)整器，感應(yīng)器和輸入/輸出電容9-bump MicroSiP組件，實(shí)現(xiàn)了僅6.7mm2大小的尺寸。

圖3: 低功率TPS82740x 360nA Micro SIP 升降壓轉(zhuǎn)換器模塊

升壓轉(zhuǎn)換通常不如降壓轉(zhuǎn)換有效率。不過，在各種系統(tǒng)電路中對電池升壓很常見，尤其是顯示電路，Maxim有新1A升壓轉(zhuǎn)換器，MAX8627能使單電池鋰電池的輸出電壓從3V升高到5V，并可實(shí)現(xiàn)高達(dá)95%的轉(zhuǎn)換率而只消耗20μA lq。Silicon Labs現(xiàn)在有TS33x升壓轉(zhuǎn)換器，擁有行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的低至150nA的lq。TS33x增加輸入電壓從0.9V到3.6V，并且有8個(gè)可選擇的范圍為1.8V到5V的輸出電壓。

藍(lán)牙，微控制器和其它低功率方案

事實(shí)上，當(dāng)試圖延長可穿戴設(shè)備電池續(xù)航時(shí)系統(tǒng)中的所有東西都需要考慮到

一個(gè)常見的省電的方式就是關(guān)閉一些高耗電的功能，如一些處理和顯示功能，例如智能手表、平板或電腦。Bluetooth Smart或者叫低耗藍(lán)牙，已經(jīng)是大多數(shù)新智能手表中的標(biāo)配，因此是可穿戴設(shè)備無線交流方式標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙也可用于從智能手機(jī)傳送信息到智能手表，并且TI提供了一個(gè)“藍(lán)牙可穿戴手表發(fā)展系統(tǒng)”叫做 TI Meta Watch 確保了相關(guān)手表設(shè)備的快速發(fā)展。Meta Watch SDK/API 使在手表上從手機(jī)應(yīng)用或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)上接受信息很容易。開發(fā)系統(tǒng)包括有顯示屏的智能手表，和一個(gè)3 ATM 防水不銹鋼外殼，皮帶表，水晶鏡面，震動(dòng)電機(jī)，三軸加速計(jì)和環(huán)境光感應(yīng)器。

圖4：德州儀器Meta Watch Bluetooth 可穿戴手表開發(fā)系統(tǒng)確保了“可連接手表”應(yīng)用的快速發(fā)展。

Meta手表平臺(tái)已為低功耗優(yōu)化，基于TI16位的MSP430超低功率的微控制器 (MCU)和CC2564藍(lán)牙主控器界面方案。

選擇MCU對可穿戴設(shè)備的電源管理很重要，高效的MCU能加速導(dǎo)入數(shù)據(jù)并迅速進(jìn)入睡眠狀態(tài)，保存電量。低耗能睡眠模式能有效減少電源消耗。可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)者比之前有更多MCU的選擇，32位比16位更有成本競爭力。為成本和功率敏感的MCU優(yōu)化的ARM的Cortex-M系列32位處理器核心已經(jīng)能預(yù)見到在可穿戴市場的成功。從超低功耗的Cortex-M0和 M0+到高性能的 Cortex-M7，ARM Cortex-M 系列可以提供能滿足不同需求的各種穿戴設(shè)備。基于ARM-Cortex-M系列的MCU如今許多廠商都可提供，包括德州儀器，和STMMicroelectronics，有著STM32 MCU巨大的生產(chǎn)線，包括STM32L1和L0 超低功耗MCU。

最后，一定要考慮到可穿戴設(shè)備中無數(shù)傳感器的電源管理。傳感器技術(shù)是加速可穿戴市場發(fā)展的催化劑。但是我們不能忘記傳感器的外圍電路。STMicro可用于有低功耗傳感器信號調(diào)理的可穿戴傳感器，它的QA4NP 低功耗四通道運(yùn)算放大器，每通道只消耗580nA（在1.8V的電源供給下）。

以上只是對低功耗電源管理技術(shù)的管中窺豹，和產(chǎn)品協(xié)作來設(shè)計(jì)能滿足可穿戴市場超低功耗電源系統(tǒng)是激發(fā)這個(gè)市場的關(guān)鍵，有必要認(rèn)識(shí)到超低功耗設(shè)備不僅對穿戴設(shè)備很重要，新的低耗技術(shù)對那些依賴電池供電和能量收集供電的應(yīng)用也很重要。