ИС управления питанием обслуживают постоянно включенные носимые устройства, устройства Интернета вещей

Многие функции собраны вместе, чтобы сделать удобное носимое устройство. Форм-фактор, дизайн и энергоэффективность необходимы для создания устройств, которые не только правильно выполняют свою работу, но также удобны, привлекательны и просты в использовании, предлагая новые способы повышения нашей производительности, здоровья и образа жизни. Цель разработчиков постоянно включенных носимых устройств и устройств Интернета вещей (IoT) - продлить время автономной работы при уменьшении форм-фактора, чего можно достичь с помощью крошечных высокоинтегрированных ИС управления питанием (PMIC).

Точность оптического распознавания носимых устройств также является большой проблемой, на которую влияет множество технических факторов, включая выбор PMIC. Микросхемы PMIC со сверхнизким энергопотреблением объединяют в себе архитектуру схемы, которая оптимизирует чувствительность оптических измерений для медицинских приложений. Новые PMIC обеспечивают высочайшую чувствительность для оптического распознавания в форм-факторах для ношения на запястье, например, для более точных измерений показателей жизнедеятельности.

В последние годы количество носимых датчиков в обращении экспоненциально выросло. Это происходит из-за различных факторов, от увеличения затрат на здравоохранение до роста «фанатиков здоровья» - образа жизни, который характеризуется одержимостью здоровьем. Более того, благодаря Интернету потребители теперь имеют простой и почти неограниченный доступ к информации о своем здоровье. Для создания надежных решений в области носимой медицины требуется надежная электроника. Высокая функциональность, необходимая для таких устройств, как наушники и умные часы, предполагает более высокое потребление энергии.

Продолжающаяся тенденция к меньшим и более тонким корпусам, в свою очередь, требует нового поколения интегрированных схем управления питанием, которые облегчают зарядку. Обычные аккумуляторы, которые подходят для носимых устройств, такие как литий-ионные (Li-ion) элементы, могут подойти для датчиков и других носимых устройств с низким энергопотреблением, но они с трудом справляются с самыми высокими требованиями к носимым устройствам, таким как речь и распознавание, мониторинг и распознавание жестов.

Конструкция печатной платы (PCB) носимых устройств требует тщательного рассмотрения как выбора материалов, так и правильной компоновки в соответствии с требованиями электромагнитной совместимости. Переносные печатные платы требуют более тщательного контроля импеданса, что является важным элементом компоновки, что приводит к более четкому распространению сигнала.

Архитектура PMIC

Типичная архитектура носимых устройств включает систему на кристалле (SoC), память, дисплей, датчики и блоки управления питанием. Типичная система управления питанием включает в себя зарядное устройство, различные понижающие преобразователи и стабилизаторы с малым падением напряжения (LDO) для подключения Bluetooth / Wi-Fi. В умных часах, например, проблемы проектирования заключаются в основном в управлении рассеиванием энергии и определением размера батареи. Все это требует соответствующего выбора устройств PMIC.

Для большинства систем требуется зарядное устройство и различные выходы, регулируемые для общих функций схемы, например, шины питания 3,3 В и 1,2 В для микроконтроллера и протоколов связи.

Встроенный линейный загрузчик в PMIC с широкими возможностями настройки поддерживает широкий спектр литий-ионных аккумуляторов и включает в себя мониторинг температуры аккумулятора для дополнительной безопасности. Двунаправленный I ² Интерфейс C позволяет разработчикам настраивать и контролировать состояние устройства. Архитектура PMIC также включает контроллер с функцией наблюдения.

Системы электроснабжения с понижающими и повышающими преобразователями являются наиболее эффективными. Низковольтные линейные стабилизаторы с малым падением напряжения предпочтительны для малошумящих устройств, но энергоэффективность может быть решающим фактором. Оптимальная система питания представлена ​​исключительным использованием импульсных источников питания. Недостатком этого подхода является то, что для каждого переключателя требуется индуктор, что увеличивает пространство на печатной плате и размер носимых устройств.

В результате для схемы требуется единое решение для управления питанием, которое объединяет различные шины питания с использованием архитектуры с одним входом и несколькими выходами (SIMO). Предоставляя несколько выходов, подход SIMO вместе с низким током в режиме ожидания контроллера продлевает срок службы батареи носимого устройства. Регуляторы обеспечивают электроэнергию с минимальными потерями, а архитектура устраняет некоторые дублирующие компоненты, экономя при этом расходы на материалы.

Одним из примеров является MAX20310 от Maxim Integrated, интегрированная схема управления питанием, которая объединяет два повышенно-понижающих выхода SIMO с двумя LDO-стабилизаторами и другими функциями управления питанием, такими как контроллер последовательности. Линейные регуляторы также могут работать как выключатели питания, которые могут отключать неактивную нагрузку периферийных устройств системы ( Рис. 1 ) для повышения эффективности.

Рис. 1. Блок-схема MAX20310. (Изображение:Maxim Integrated)