详解可穿戴设备电源管理关键考量

日期:2019-11-29

设计人员必须确定关键需求的优先级,并以优化电源管理实现最高效率的方式将它们集成到设备中。
 
作者:Rahul Todi Konstantinos DagresDialog半导体公司
 
 
在过去短短几年中,我们看到了可穿戴设备在各个细分市场的受欢迎度都在飙升。原因不难理解:这些产品融合了一些最新且先进的技术进步,并以一种非常直观且不打扰的方式改善人们的健康状况并简化日常任务和活动。
今天,流行的可穿戴设备包括:
  • 无显示屏的服装配饰和基础运动追踪器。此类产品主要为了实现基本的健康跟踪和其他自定义功能。蓝牙低功耗(BLE)协议非常适合作为这类应用的无线连接解决方案。
 

1:运动追踪器用例
 
 
  • 带显示屏的健身追踪器和运动手表。该消费领域预计将在未来几年实现显著增长。最新的产品设计具有更大和增强的彩色显示屏,并实现更长的电池续航能力(约1周)。还可以实现不同的健康监测功能,例如24小时心律监测(HRM)、压力和睡眠监测,以及各种健身和运动追踪,例如游泳、打高尔夫球等。GPS和音乐选项在此类应用中呈现发展趋势。BLE也是这类应用中最受欢迎的无线连接解决方案之一。
 

2:运动手表用例
 
 
  • 智能手表。这类应用是目前可穿戴设备领域中最先进的细分市场,主要的技术厂商都在不断探索新的可能性并展示他们的最新创新。例子包括Apple Watch和三星Galaxy Watch。这类应用通常包含蓝牙、BLE和Wi-Fi的组合解决方案,以实现无缝的无线连接。这类产品通常的电池续航时间为一天,类似于智能手机。该细分市场预计也将在未来几年以不错的速度增长。
 
实用设计
可穿戴产品设计应包括所有必需的硬件组件,以实现其所需的功能,满足用户需求。因此,可穿戴设备的电源管理成为了实现稳定性能和更长电池续航能力的关键因素,而且成本上也必须具有非常强的竞争力。
Dialog的DA1469x BLE解决方案系列为设计人员和制造商如何将新的系统元件集成到可穿戴设备中提供了一个参考点,从而为客户带来新的价值,尤其是在电源管理方面。以下利用DA1469x芯片的运动追踪器和运动手表的系统电路框图为此参考点做了很好的说明:
 

3DA1469x 数字电源域和电路框图
 
 
在图中我们看到,集成的PMIC功能能够为外部元件(如传感器和显示屏)供电,这对于卓越的可穿戴设计至关重要。除了电源管理功能外,集成的硬件充电器可以通过USB接口对锂离子或锂聚合物电池充电,可穿戴产品中通常使用这类电池,这也是实现电源效率最大化的重要考虑因素。
 
可穿戴设备的关键电源管理特性
寻求可穿戴设计功耗优化的工程师应优先考虑一些关键要求,这些类似要求我们Dialog已经在元件技术中实现:
  • 多处理内核
例如,DA1469x使用三个不同的处理内核,通过在不使用时将其关闭,以及为每个任务选择正确的内核,从而降低总体功耗。
  • 电源轨
所有可穿戴设计都面临的挑战是为设计中所包含的所有元件提供电源和电源管理。 今天的可穿戴设备由一些不同元件组成,并非所有元件都需要相同的供电电压,也不是所有元件都需要同时供电。解决此问题的直接方法是在设计中添加单独的可控电源单元(例如PMIC)。将PMIC与外部电源轨结合使用,为设计人员提供了生成所需电压的灵活性,而不会增加成本或PCB面积。
  • 充电器
稳定的电池是可靠且价格合理的可穿戴设备的关键。将符合JEITA标准、功能齐全、大功率电池充电器与PMIC模块集成在一起,有助于开发人员创建出色的产品设计,并为最终客户提供功能丰富且价格合理的设备。该充电器实现方案还能自我调整充电过程,确保在充满电后会自动开始调节电池。
  • 多种睡眠模式
休眠、深度睡眠和扩展睡眠模式的组合,在RAM保留的不同迭代,活跃或不活跃的低功耗时钟,打开和关闭的电源域之间循环,结合唤醒系统的灵活性,对于系统至关重要。结合不同睡眠模式,可使设备在正常运行和不活跃状态之间自行调整电源管理需求。
  • 触觉控制支持
集成的触觉反馈驱动器和控制器可与偏心旋转质量(ERM)和线性谐振传动器(LRA)外部器件结合使用,LRA的功耗比ERM低约2.5倍。该方法自动适应触觉反馈传动器的谐振频率,并利用可配置的供电电流来设置反馈力。
  • LCD控制器
LCD控制器能够支持串行(SPI3/4)和并行接口,使可穿戴系统设计人员能够从多种配套控制器选项中选择一种显示器。这有助于实现使用并行接口的高能效反射式显示器(在可穿戴设备中很受欢迎)。
  • 随着可穿戴设备市场的广度和受欢迎程度不断扩大,工程师和设计人员应该优先考虑这些关键要求,并以优化电源管理以实现最高效率的方式将它们集成到设备中。如果不能保持较长的电池续航能力,那么即使是全世界最坚固耐用、功能齐全的可穿戴设备,对消费者而言也是没什么用处的。
 
www.dialog-semiconductor.com
 

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