在可穿戴式設計中實現(xiàn)超低功耗的3大要訣

您是否盼望能開發(fā)像手表、血氧計或血壓監(jiān)測儀這樣的可穿戴式設備？智能手表所需的小尺寸和高級功能給系統(tǒng)設計人員帶來了兩個基本挑戰(zhàn)：您將如何在規(guī)定的封裝內塞進您需要的一切？您如何給設備供電？


這里有三種解決方案，能在可穿戴式電子產(chǎn)品中實現(xiàn)超低功耗運行：

1.盡可能在待機模式下運行

實現(xiàn)較長電池壽命的關鍵是：通過減少沒必要的系統(tǒng)活動讓運行時的電流消耗最低。這意味著除關閉某些功能外，還要在微控制器的睡眠或待機模式以及電源的省電模式下運行。例如，當用戶不看他（或她）的手表時，關掉手表的顯示屏?；虍擲impleLink?Bluetooth?低能耗CC2541無線微控制器（MCU）能只通過睡眠定時器而非定時器1運行時，電源電流從大約90μA降低到僅為0.6μA——省電率超過99％！此外，任何后臺任務在代碼內必須是由中斷驅動的。這樣，微控制器就能盡量一直在睡眠模式下運行，只有當中斷命令它時才喚醒。

2.使待機模式下的電流消耗最低

一種關鍵的技術驅動因素是在這些待機模式下減少汲取的電流。例如，采用EnergyTrace++?技術的MSP430F59xx（FRAM）微控制器在待機模式下僅消耗450nA的電流，這得歸功于其極低泄漏的FRAM存儲器。如果您用TPS82740A為該微控制器供電，那么當您供電時即便該微控制器略有漏電，從單節(jié)鋰離子電池汲取的電流大約也只有750nA。在這種情況下，360nA的靜態(tài)電流（IQ）與DCS-Control拓撲結構這兩大優(yōu)勢珠聯(lián)璧合，當然能實現(xiàn)這樣低的待機功耗。如果您的電流消耗真有那么低，您必定需要負載開關來斷開已關掉的子系統(tǒng)（根據(jù)其電源電壓），以免它們從系統(tǒng)泄漏電流。

3.進行集成以節(jié)省寶貴的印刷電路板（PCB）空間

由于您已將功耗降到了一個合理的水平，因此電池就不需要每天充電了。第二道難題是空間問題——您打算把一切器件（微控制器、傳感器、電源、電池等）放置到哪里？對于該挑戰(zhàn)，集成法可幫您大忙。TPS82740A是MicroSIP器件，它集成了所有必需的無源組件以及一個負載開關！這比具有相同超低功耗性能（已優(yōu)化）的分立式TPS62740型實施方案小75％以上。此外，MSP430F59xx還集成了多種功能，如溫度傳感器功能、差分輸入模數(shù)轉換器功能、8選1多路復用器LCD顯示器驅動器功能和256位加密功能。只需添加一塊電池和一些其它的系統(tǒng)專用傳感器，您基本上就大功告成了！

在待機模式下運行、使待機模式下的電流消耗最低、進行集成以節(jié)省電路板空間——這三種方法可讓您的下一個可穿戴式設計大獲成功。
[page]
為可穿戴式產(chǎn)品充電的3類常見問題

當設計可穿戴式應用時，我們已發(fā)現(xiàn)了一些與充電器相關的常見問題。在這里，讓我們看一些最常被咨詢的問題。

問：哪種線性充電器最適合我的應用？

答：當為特定應用選擇合適的充電器時，您應該考慮多種因素：功率水平、尺寸、電池類型等。

以TI充電器產(chǎn)品組合中不同的充電器為例。bq24232是一種線性充電器，具有500mA的充電電流和電源路徑的特性。該解決方案的體積約為3.5mm×4.5mm2，包括必要的電阻器和電容器。這對需要系統(tǒng)即時開啟功能且空間不受限的應用而言是絕佳的選擇。

如果電路板空間是受限的，那么bq24040可提供一個2.5mm×3.5mm2的解決方案。該充電器可支持10mA至1A的充電電流，并具有充電狀態(tài)指示和可編程的預充電和終止速率。由于其靈活性，該器件成為低功耗應用中最廣泛使用的線性充電器之一。但bq24040的最小終止電流為6mA，這對超小型電池而言可能太大了。因此，對于尺寸和電池容量均非常小的應用（如助聽器），bq25100是很好的選擇。該集成電路（IC）本身的封裝尺寸僅為1.6mm×0.9mm，解決方案總體積也很小，只有2.1mm×2.2mm2。此外，該IC可在電流小于1mA時終止充電，并為小型電池延長運行時間。

當挑選充電器時，電池電壓是另一個決定因素。bq24232和bq24040產(chǎn)品系列都有4.2V和4.35V的選項。bq25100則多提供了兩個選項（4.3V和4.06V的選項），以滿足可穿戴式應用的特殊需求。

問：為什么我的電池會在其充滿電之前終止充電？

答：有幾種情況可能會導致提前終止充電。首先，檢查輸入電壓（VIN）引腳處的輸入電壓是否穩(wěn)定并高于VBAT+VIN_DT。大多數(shù)TI充電器均有一個電源狀態(tài)良好檢測閾值（VIN_DT），該閾值是VIN和VBAT的差值。一旦VBAT增加且所述差值低于該閾值，充電就會終止。該閾值的典型值約為80mV。

其次，確定電池跟蹤電阻是否很小。有時，引線本身具有很大的電阻（達1Ω），這將導致300mV的電壓降以及300mA的充電電流。在這種情況下，即使電池電壓只有3.9V，充電器VBAT引腳的電壓也會達到4.2V，并因此終止充電。

第三，確保為安全定時器設置了正確的值。對bq24232來說，可為安全定時器設置兩小時到八小時的時間；一旦該定時器超時充電就會終止。如果充電電流過小且為安全定時器設置的時間過短，就有可能在電池充滿電之前停止充電。

問：我如何能消除小充電電流的振蕩？

答：大部分時間里，輸入與輸出電容均可幫助穩(wěn)定輸入與輸出電流。但在某些情況下（尤其當充電電流非常小時），電流程序引腳（例如ISET引腳）處的寄生電容會引起振蕩，這時輸入與輸出電容就不再是合適的解決方案了。

對bq25100而言，如果充電電流小于50mA，那么我建議添加一個與ISET電阻器并聯(lián)的電阻器/電容器（RC）補償電路（圖2）。這對于由ISET引腳處存在的寄生電容帶來的電流調節(jié)環(huán)路不穩(wěn)定可起到有效的補償作用。


相關閱讀：

解決可穿戴設備續(xù)航——摩擦生電DuangDuang登場！
多樣可穿戴設備形態(tài)解析
能讓你變身Super Man的可穿戴設備