詳解可穿戴設備電源管理關鍵考量

在過去短短幾年中，我們看到了可穿戴設備在各個細分市場的受歡迎度都在飆升。原因不難理解：這些產品融合了一些最新的技術，并以一種非常直觀且不打擾的方式改善人們的健康狀況并簡化日常任務和活動。

今天，流行的可穿戴設備包括：

• 無顯示屏的服裝配飾和基本的運動追蹤器。此類產品主要為了實現基本的健康跟蹤和其他自定義功能。藍牙低功耗（BLE）協議非常適合作為這類應用的無線連接解決方案。

圖1：運動追蹤器用例

• 帶顯示屏的運動手環和運動手表。該消費領域預計將在未來幾年實現顯著增長。最新的產品設計具有更大和增強的彩色顯示屏，并實現更長的電池續航能力（約1周）。還可以實現不同的健康監測功能，例如24小時心律監測（HRM）、壓力和睡眠監測，以及各種健身和運動追蹤，例如游泳、打高爾夫球等。GPS和音樂選項在此類應用中呈現發展趨勢。BLE也是這類應用中最受歡迎的無線連接解決方案之一。

圖 2 ：運 動 手 表 用 例

智能手表。這類應用是目前可穿戴設備領域中最先進的細分市場，主要的技術廠商都在不斷探索新的可能性并展示他們的最新創新。例如Apple Watch和三星Galaxy Watch。這類應用通常包含藍牙、BLE和Wi-Fi的組合解決方案，以實現無縫的無線連接。這類產品通常的電池續航時間為一天，類似于智能手機。該細分市場預計也將在未來幾年以不錯的速度增長。

實用設計

可穿戴產品設計應包括所有必需的硬件組件，以實現其所需的功能，滿足用戶需求。因此，可穿戴設備的電源管理成為了實現穩定性能和更長電池續航能力的關鍵因素，而且成本上也必須具有非常強的競爭力。

Dialog的DA1469x BLE解決方案系列為設計人員和制造商如何將新的系統元件集成到可穿戴設備中提供了一個參考點，從而為客戶帶來新的價值，尤其是在電源管理方面。以下利用DA1469x芯片的運動追蹤器和運動手表的系統電路框圖為此參考點做了很好的說明：

圖3：DA1469x 數字電源域和電路框圖

在圖中我們看到，集成的PMIC功能能夠為外部元件（如傳感器和顯示屏）供電，這對于簡化可穿戴設計至關重要。除了電源管理功能外，集成的充電器可以通過USB接口對鋰離子或鋰聚合物電池充電，可穿戴產品中通常使用這類電池，這也是實現電源效率最大化的重要考慮因素。

可穿戴設備的關鍵電源管理特性

尋求可穿戴設計功耗優化的工程師應優先考慮一些關鍵要求，這些要求我們Dialog已經在DA1469x中實現：

• 多處理內核

例如，DA1469x使用三個不同的處理內核，通過在不使用時將其關閉，以及為每個任務選擇正確的內核，從而降低總體功耗。

• 電源軌

所有可穿戴設計都面臨的挑戰是為設計中所包含的所有元件供電和進行電源管理。 今天的可穿戴設備由一些不同元件組成，并非所有元件都需要相同的供電電壓，也不是所有元件都需要同時供電。解決此問題的直接方法是在設計中添加單獨的可控電源單元（例如PMIC）。將PMIC與外部電源軌結合使用，為設計人員提供了生成所需電壓的靈活性，而不會增加成本或PCB面積。

• 充電器

穩定的電池是可穿戴設備的關鍵。將符合JEITA標準、功能齊全、大功率電池充電器與PMIC模塊集成在一起，有助于開發人員創建出色的產品設計，并為最終客戶提供功能豐富且成本最優的設備。該內置充電器方案還能自我調整充電過程，確保在充滿電后會自動開始調節電池。

• 多種睡眠模式

休眠、深度睡眠和擴展睡眠模式的組合，在保留的不同大小的RAM，不同的時鐘模式，打開和關閉不同的電源域之間循環，結合靈活的系統喚醒、不同的睡眠模式，可使設備自行調整電源管理需求。

• 觸覺控制支持

集成的觸覺反饋驅動器和控制器可與偏心旋轉質量（ERM）和線性諧振傳動器（LRA）外部器件結合使用，LRA的功耗比ERM低約2.5倍。該方法自動適應觸覺反饋傳動器的諧振頻率，并利用可配置的供電電流來設置震動反饋。

• LCD控制器

LCD控制器能夠支持串行（SPI3/4）和并行接口，使可穿戴系統設計人員能夠從多種配套控制器選項中選擇一種。這有助于實現使用并行接口的高能效反射式顯示器（在可穿戴設備中很受歡迎）。

隨著可穿戴設備市場的廣度和受歡迎程度不斷擴大，工程師和設計人員應該優先考慮這些關鍵要求，并以優化電源管理以實現最高效率的方式將它們集成到設備中。如果不能保持較長的電池續航能力，那么即使是全世界最堅固耐用、功能齊全的可穿戴設備，對消費者而言也是沒什么用處的。