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用于可穿着设备的超低功耗体系

发布时间:2019-01-22 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    用于可穿着设备的超低功耗体系作者: 德州仪器公司   虽然典型可穿着设备的大脑大概是嵌入式微把握器(MCU),但电源经管绝对是可穿着设备的焦点。必要用到电源的极小电容电池、多种函数阵列,以及令人难以置信的小解决方案尺寸要求全新的立异型电源经管解决方案可以使体系运转优良。可是当一款经超低功耗优化的MCU和超低功耗经优化的DC/DC转换器一起事情时,我们就能够得到一款实用于可穿着应用的运转优良且能量丰沛的器件。
  可穿着体系
  可穿着设备以MCU以及其集成特征和外设为切入点,将工程制造的多个范畴组合在一同。温度传感器,模数转换器(ADC),显示器驱动器,一款Bluetooth低功耗(BLE)射频,甚至加密功能等,常常被集成在MCU之内。其他诸如加快计或者压力传感器等,因为它们的体系专有属性而平日被分隔来兑现。MCU和传感器界说了可穿着设备的特征和功能,从而添加了这类产物的吸引力并找准了市场定位。
  对付超小型可穿着设备来说,体系的焦点是电源经管。若是一款可穿着设备必要在一天之内多次充电,或者电池组太沉,这款产物也就失去了吸引力。兑现数天赓续运行,而且保留器件小巧、轻巧就必要经超低功耗优化的电源经管将电池的有限电能高效地转换为可由负载使用的能量。图l显示了一款光学心率看管器的典型方框图。
  超低功耗微把握器
  虽然MCU务必为可穿着设备供给多种函数阵列,可是它也不克不及损耗太多能量。高级低功耗模式必要有用地使用每一分电池能量。而睡眠或待机模式下的超低功耗就显得尤为严重,这是由于可穿着设备在许多的运行时间内处于这种无用户干涉干与的模式中。对付电池来说,在睡眠模式下损耗几百μA,甚至只1mA的电流都显得有点儿多。相背地,MCU的激活模式功耗才应该在这局限内。这种低功耗必要一款各异的MCU便是一款针对超低功耗应用进行了优化的MCU。
  图2显示一款集成了温度传感器,差分ADC,以及加密功能的MCU示例,此款MCU在激活模式下的能耗惟有100μA/MHz,而在待机模式下的流耗仅有450nA。集成的FRAM存储器(最高64KB)能够在将封装尺寸减小到2mm×2mm的同时兑现云云之低的待机功耗,从而轻快餍足任何可穿着设备的必要。
  超低功耗DC/DC转换器
  DC/DC转换器的作用是将电池不息改变的电压和名贵电能转换为体系中各异设备所必要的体面电压。某些诸如射频之类的子体系要求低噪声。而其他诸如传感器的子体系大概具有较高的关断泄露,并是以必要将它们从电源轨上断开,而不仅仅是将它们封闭。对付可穿着设备中的全部子体系来说,低流耗是必需的。是以,DC/DC转换器务必针对超低功耗运行进行优化,其目的是有用地为体系供电。它务必在极低输出功率的环境下也能保留高效果。
  图3显示了一款超低功耗DC/DC转换器和它的体系兑现体式格局的示例。为了将解决方案尺寸保留在较小程度上,MCU、BLE射频和传感器使用的电压为共模电压。因为被直接联贯到DC/DC转换器的输出上,MCU可始终处于加电状况。传感器被联贯到一个集成负载开关的输出上。此负载开关只在必要为传感器供电时(即用户向传感器提议数据央求时)才紧闭。在可穿着设备的大局部事情时间内,不必要用到传感器,是以传感器处于封闭状况。
  开启负载开关能够袪除来自DC/DC转换器输出的走漏电流,从而削减了从电池中吸取的电流量。这款DC/DC转换器的DCS-Control技艺可兑现极低噪声输出,是以很是适合于噪声敏锐应用。这款DC/DC转换器的2.9mm×2.3mm×1.1mm整体尺寸,以及其无须外部组件即可兑现的全集胜利能,餍足了可穿着设备的极小尺寸需求。
  图4显示了统一DC/DC转换器在将3.6V输入转换为MCU所需的2.1V电压时的效果曲线。因为其针对超低功耗进行优化的省电模式和360nA的静态电流(IQ),在负载惟有10μA时,效果仍然能够在80%以上。
  结论
  与超低功耗MCU成对使用的针对超低功耗进行优化的DC/DC转换器能够天生用于可穿着设备的高效且小巧的解决方案。在这两个器件内,功能性与组件的高度集成可兑现极小解决方案尺寸。DC/DC转换器的超低360nA静态电流与MCU的450nA待机电流组合在一同,可在由很是小的电池供电的环境下运行很永劫间。
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