可穿戴设备超低功耗方案及常见问题释疑-基础电子

精品文档-下载后可编辑可穿戴设备超低功耗方案及常见问题释疑-基础电子您是否盼望能开发像手表、血氧计或血压监测仪这样的可穿戴式设备？智能手表所需的小尺寸和功能给系统设计人员带来了两个基本挑战：您将如何在规定的封装内塞进您需要的一切？您如何给设备供电？

这里有三种解决方案，能在可穿戴式电子产品中实现超低功耗运行：

1.尽可能在待机模式下运行

实现较长电池寿命的关键是：通过减少没必要的系统活动让运行时的电流消耗。这意味着除关闭某些功能外，还要在微控制器的睡眠或待机模式以及电源的省电模式下运行。例如，当用户不看他（或她）的手表时，关掉手表的显示屏。或当SimpleLink?Bluetooth?低能耗CC2541无线微控制器（MCU）能只通过睡眠定时器而非定时器1运行时，电源电流从大约90μA降低到仅为0.6μA——省电率超过99％！此外，任何后台任务在代码内必须是由中断驱动的。这样，微控制器就能尽量一直在睡眠模式下运行，只有当中断命令它时才唤醒。

2.使待机模式下的电流消耗

一种关键的技术驱动因素是在这些待机模式下减少汲取的电流。例如，采用EnergyTrace++?技术的MSP430F59xx（FRAM）微控制器在待机模式下仅消耗450nA的电流，这得归功于其极低泄漏的FRAM存储器。如果您用TPS82740A为该微控制器供电，那么当您供电时即便该微控制器略有漏电，从单节锂离子电池汲取的电流大约也只有750nA。在这种情况下，360nA的静态电流（IQ）与DCS-Control拓扑结构这两大优势珠联璧合，当然能实现这样低的待机功耗。如果您的电流消耗真有那么低，您必定需要负载开关来断开已关掉的子系统（根据其电源电压），以免它们从系统泄漏电流。

3.进行集成以节省宝贵的印刷电路板（PCB）空间

由于您已将功耗降到了一个合理的水平，因此电池就不需要每天充电了。第二道难题是空间问题——您打算把一切器件（微控制器、传感器、电源、电池等）放置到哪里？对于该挑战，集成法可帮您大忙。TPS82740A是MicroSIP器件，它集成了所有必需的无源组件以及一个负载开关！这比具有相同超低功耗性能（已优化）的分立式TPS62740型实施方案小75％以上。此外，MSP430F59xx还集成了多种功能，如温度传感器功能、差分输入模数转换器功能、8选1多路复用器LCD显示器驱动器功能和256位加密功能。只需添加一块电池和一些其它的系统专用传感器，您基本上就大功告成了！

在待机模式下运行、使待机模式下的电流消耗、进行集成以节省电路板空间——这三种方法可让您的下一个可穿戴式设计大获成功。

可穿戴式产品充电的3类常见问题

当设计可穿戴式应用时，我们已发现了一些与充电器相关的常见问题。在这里，让我们看一些常被咨询的问题。

问：哪种线性充电器适合我的应用？

答：当为特定应用选择合适的充电器时，您应该考虑多种因素：功率水平、尺寸、电池类型等。

以TI充电器产品组合中不同的充电器为例。bq24232是一种线性充电器，具有500mA的充电电流和电源路径的特性。该解决方案的体积约为3.5mm×4.5mm2，包括必要的电阻器和电容器。这对需要系统即时开启功能且空间不受限的应用而言是的选择。

如果电路板空间是受限的，那么bq24040可提供一个2.5mm×3.5mm2的解决方案。该充电器可支持10mA至1A的充电电流，并具有充电状态指示和可编程的预充电和终止速率。由于其灵活性，该器件成为低功耗应用中广泛使用的线性充电器之一。但bq24040的终止电流为6mA，这对超小型电池而言可能太大了。因此，对于尺寸和电池容量均非常小的应用（如助听器），bq25100是很好的选择。该集成电路（IC）本身的封装尺寸仅为1.6mm×0.9mm，解决方案总体积也很小，只有2.1mm×2.2mm2。此外，该IC可在电流小于1mA时终止充电，并为小型电池延长运行时间。

当挑选充电器时，电池电压是另一个决定因素。bq24232和bq24040产品系列都有4.2V和4.35V的选项。bq25100则多提供了两个选项（4.3V和4.06V的选项），以满足可穿戴式应用的特殊需求。

问：为什么我的电池会在其充满电之前终止充电？

答：有几种情况可能会导致提前终止充电。首先，检查输入电压（VIN）引脚处的输入电压是否稳定并高于VBAT+VIN_DT。大多数TI充电器均有一个电源状态良好检测阈值（VIN_DT），该阈值是VIN和VBAT的差值。一旦VBAT增加且所述差值低于该阈值，充电就会终止。该阈值的典型值约为80mV。

其次，确定电池跟踪电阻是否很小。有时，引线本身具有很大的电阻（达1Ω），这将导致300mV的电压降以及300mA的充电电流。在这种情况下，即使电池电压只有3.9V，充电器VBAT引脚的电压也会达到4.2V，并因此终止充电。

第三，确保为安全定时器设置了正确的值。对bq24232来说，可为安全定时器设置两小时到八小时的时间；一旦该定时器超时充电就会终止。如果充电电流过小且为安全定时器设置的时间过短，就有可能在电池充满电之前停止充电。

问：我如何能消除小充电电流的振荡？

答：大部分时间里，输入与输出电容均可帮助稳定输入与输出电流。但在某些情况下（尤其当充电电流非常小时），电流程序引脚（例如ISET引脚）处的寄生电容会引起振荡，这时输入与输出电容就不再是合适的