可穿戴設(shè)備超低功耗方案及常見問題釋疑-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯可穿戴設(shè)備超低功耗方案及常見問題釋疑-基礎(chǔ)電子您是否盼望能開發(fā)像手表、血氧計(jì)或血壓監(jiān)測(cè)儀這樣的可穿戴式設(shè)備？智能手表所需的小尺寸和功能給系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來了兩個(gè)基本挑戰(zhàn)：您將如何在規(guī)定的封裝內(nèi)塞進(jìn)您需要的一切？您如何給設(shè)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(shí)現(xiàn)超低功耗運(yùn)行：

1.盡可能在待機(jī)模式下運(yùn)行

實(shí)現(xiàn)較長電池壽命的關(guān)鍵是：通過減少?zèng)]必要的系統(tǒng)活動(dòng)讓運(yùn)行時(shí)的電流消耗。這意味著除關(guān)閉某些功能外，還要在微控制器的睡眠或待機(jī)模式以及電源的省電模式下運(yùn)行。例如，當(dāng)用戶不看他（或她）的手表時(shí)，關(guān)掉手表的顯示屏。或當(dāng)SimpleLink?Bluetooth?低能耗CC2541無線微控制器（MCU）能只通過睡眠定時(shí)器而非定時(shí)器1運(yùn)行時(shí)，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(tái)任務(wù)在代碼內(nèi)必須是由中斷驅(qū)動(dòng)的。這樣，微控制器就能盡量一直在睡眠模式下運(yùn)行，只有當(dāng)中斷命令它時(shí)才喚醒。

2.使待機(jī)模式下的電流消耗

一種關(guān)鍵的技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素是在這些待機(jī)模式下減少汲取的電流。例如，采用EnergyTrace++?技術(shù)的MSP430F59xx（FRAM）微控制器在待機(jī)模式下僅消耗450nA的電流，這得歸功于其極低泄漏的FRAM存儲(chǔ)器。如果您用TPS82740A為該微控制器供電，那么當(dāng)您供電時(shí)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)這兩大優(yōu)勢(shì)珠聯(lián)璧合，當(dāng)然能實(shí)現(xiàn)這樣低的待機(jī)功耗。如果您的電流消耗真有那么低，您必定需要負(fù)載開關(guān)來斷開已關(guān)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(jìn)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(gè)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(duì)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(gè)負(fù)載開關(guān)！這比具有相同超低功耗性能（已優(yōu)化）的分立式TPS62740型實(shí)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(zhuǎn)換器功能、8選1多路復(fù)用器LCD顯示器驅(qū)動(dòng)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(jī)模式下運(yùn)行、使待機(jī)模式下的電流消耗、進(jìn)行集成以節(jié)省電路板空間——這三種方法可讓您的下一個(gè)可穿戴式設(shè)計(jì)大獲成功。

可穿戴式產(chǎn)品充電的3類常見問題

當(dāng)設(shè)計(jì)可穿戴式應(yīng)用時(shí)，我們已發(fā)現(xiàn)了一些與充電器相關(guān)的常見問題。在這里，讓我們看一些常被咨詢的問題。

問：哪種線性充電器適合我的應(yīng)用？

答：當(dāng)為特定應(yīng)用選擇合適的充電器時(shí)，您應(yīng)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(duì)需要系統(tǒng)即時(shí)開啟功能且空間不受限的應(yīng)用而言是的選擇。

如果電路板空間是受限的，那么bq24040可提供一個(gè)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(yù)充電和終止速率。由于其靈活性，該器件成為低功耗應(yīng)用中廣泛使用的線性充電器之一。但bq24040的終止電流為6mA，這對(duì)超小型電池而言可能太大了。因此，對(duì)于尺寸和電池容量均非常小的應(yīng)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(shí)終止充電，并為小型電池延長運(yùn)行時(shí)間。

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

問：為什么我的電池會(huì)在其充滿電之前終止充電？

答：有幾種情況可能會(huì)導(dǎo)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(gè)電源狀態(tài)良好檢測(cè)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(huì)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(shí)，引線本身具有很大的電阻（達(dá)1Ω），這將導(dǎo)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(huì)達(dá)到4.2V，并因此終止充電。

第三，確保為安全定時(shí)器設(shè)置了正確的值。對(duì)bq24232來說，可為安全定時(shí)器設(shè)置兩小時(shí)到八小時(shí)的時(shí)間；一旦該定時(shí)器超時(shí)充電就會(huì)終止。如果充電電流過小且為安全定時(shí)器設(shè)置的時(shí)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(shí)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(dāng)充電電流非常小時(shí)），電流程序引腳（例如ISET引腳）處的寄生電容會(huì)引起振蕩，這時(shí)輸入與輸出電容就不再是合適的