高效率、低功率转换IC电源提高可穿戴设备性能
|
背景信息 可穿戴设备不再仅是在炫酷的科幻电影中才能看到的东西 (感谢《007》、《少数派报告》、《至尊神探》这些电影!)，使用可穿戴设备也不再只是梦想，可穿戴设备已经蔚然成风。 最初，可穿戴设备很简单，例如走路或跑步计步器。不过，经过短时间后，可穿戴设备就变得比较先进了，或者说更加智能了，包括更加重视外观设计而不是只重视功能，因此增大了这类设备的总体吸引力。 从智能服装、谷歌眼镜、先进的健身活动跟踪器、虚拟现实设备、夜视设备到平视显示器，可穿戴设备已经成为主流消费、军用和工业市场的组成部分。“可穿戴设备”可定义为用户可以长时间穿戴的产品，而且由于穿戴了这种产品，用户体验以某种方式得到了提升。“智能的”可穿戴设备增加了连接功能和独立的数据处理功能。 运用生物统计信息实现健康生活 生物统计信息反映的是人体基本功能的生命体征。这类信息包括体温、脉搏/心率、呼吸频率和血压。这些信息至关重要，因为生命体征出现负面变化可能表示健康度下降，反之亦然。显然，医院和医生诊室都配备了昂贵的设备，以测量这些生物统计信息。不过，如果这些生物统计信息能够高效、低成本地在医疗环境以外测量，那么生活质量就有可能得到很大的改善。例如，在家中或者在工作环境中，可以随时随地实时地改变生活方式和行为方式，从而改善健康度，并有可能延长甚至挽救生命。幸运的是，由于设备价格降低和传感器技术改进，用于医疗保健目的的智能可穿戴设备出现了激增。这其中包括较简单和可以附着在身体上的“单体征”检测产品，也包括较复杂、充满传感器且覆盖全身的人体外骨骼。不过，从集成电路 (IC) 电子组件的角度来看，给这些可穿戴设备分区并为其高效率供电并非微不足道之事。为了进一步理解这一点，我们接下来深入剖析典型的智能可穿戴设备。 典型智能可穿戴设备 典型智能可穿戴设备包括哪些功能? 人们可能会把这种设备看成微型嵌入式系统。显然，准确分区取决于设备自身，不过，一般而言，智能可穿戴设备的核心架构由以下各部分组成： • 一个微处理器或微控制器或类似的 IC • 某些种类的微型机电传感器 (MEMS) • 小型机械致动器 • 全球定位系统 (GPS) IC • 蓝牙/蜂窝/Wi-Fi 连接，以收集/处理和同步数据 • 成像电子组件，LED • 计算资源 • 可充电或主 (非可充电) 电池或电池组 • 支持性电子组件 可穿戴产品的主要设计目标通常是实现紧凑的外形尺寸、轻重量以实现可穿戴性/舒适性、以及超低的能耗以延长电池运行时间/寿命。不过，用最小的电流、高效率、准确地给这类设备供电并不那么简单。与智能可穿戴设备供电有关的一些关键问题如下： 1) 在电池供电设备中，电源管理 IC 能否消耗很小的电流对延长运行时间至关重要。微功率或毫微功率转换 IC 是必要的。 2) MEMS 传感器要求用噪声很低的稳定电源供电。繁忙的致动器也可以受益。LDO 或低纹波开关稳压器非常适合这种轨，因为这些稳压器具很低的输出噪声。 3) 蓝牙/RF/Wi-Fi/蜂窝连接系统轨也要求低噪声。低压差稳压器或 (因为输出电流可能很大) LDO 后稳压开关稳压器或低纹波开关稳压器都是极好的选择。 4) 处理器 (可穿戴设备的“大脑”) 电源。从 ARM Cortex MCU、DSP、GPS 芯片到 FPGA，都需要各种低压轨，以全方位涵盖各种大小的电流。这些组件可以由 LDO 或开关稳压器供电。 5) 不是所有可穿戴设备都由可充电电池供电，有些也许使用主 (非可充电) 电池，而这类电池需要在两次更换之间提供较长的运行时间，因此，找到估计电池运行时间的方法是关键。 6) 紧凑的尺寸和很轻的重量使可穿戴设备更舒适易用。采用紧凑型封装的 IC 可构成占板面积很小的解决方案，从而使设备既能够具有小的外形尺寸、重量又很轻。 |
