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在可穿戴式設計中實現超低功耗的3大要訣 您是否盼望能開發像手表、血氧計或血壓監測儀這樣的可穿戴式設備？智能手表所需的小尺寸和高級功能給系統設計人員帶來了兩個基本挑戰：您將如何在規定的封裝內塞進您需要的一切？您如何給設備供電？ 這里有三種解決方案，能在可穿戴式電子產品中實現超低功耗運行： 1.盡可能在待機模式下運行 實現較長電池壽命的關鍵是：通過減少沒必要的系統活動讓運行時的電流消耗最低。這意味著除關閉某些功能外，還要在微控制器的睡眠或待機模式以及電源的省電模式下運行。例如，當用戶不看他（或她）的手表時，關掉手表的顯示屏。或當SimpleLink? Bluetooth?低能耗CC2541無線微控制器（MCU）能只通過睡眠定時器而非定時器1運行時，電源電流從大約90μA降低到僅為0.6μA —— 省電率超過99％！此外，任何后臺任務在代碼內必須是由中斷驅動的。這樣，微控制器就能盡量一直在睡眠模式下運行，只有當中斷命令它時才喚醒。 2.使待機模式下的電流消耗最低 一種關鍵的技術驅動因素是在這些待機模式下減少汲取的電流。例如，采用EnergyTrace++?技術的MSP430F59xx（FRAM）微控制器在待機模式下僅消耗450nA的電流，這得歸功于其極低泄漏的FRAM存儲器。如果您用TPS82740A為該微控制器供電，那么當您供電時即便該微控制器略有漏電，從單節鋰離子電池汲取的電流大約也只有750nA。在這種情況下，360nA的靜態電流（IQ）與DCS-Control拓撲結構這兩大優勢珠聯璧合，當然能實現這樣低的待機功耗。如果您的電流消耗真有那么低，您必定需要負載開關來斷開已關掉的子系統（根據其電源電壓），以免它們從系統泄漏電流。 3.進行集成以節省寶貴的印刷電路板（PCB）空間 由于您已將功耗降到了一個合理的水平，因此電池就不需要每天充電了。第二道難題是空間問題 —— 您打算把一切器件（微控制器、傳感器、電源、電池等）放置到哪里？對于該挑戰，集成法可幫您大忙。TPS82740A是MicroSIP器件，它集成了所有必需的無源組件以及一個負載開關！這比具有相同超低功耗性能（已優化）的分立式TPS62740型實施方案小75％以上。此外，MSP430F59xx還集成了多種功能，如溫度傳感器功能、差分輸入模數轉換器功能、8選1多路復用器LCD顯示器驅動器功能和256位加密功能。只需添加一塊電池和一些其它的系統專用傳感器，您基本上就大功告成了！ 在待機模式下運行、使待機模式下的電流消耗最低、進行集成以節省電路板空間 —— 這三種方法可讓您的下一個可穿戴式設計大獲成功。 為可穿戴式產品充電的3類常見問題 當設計可穿戴式應用時，我們已發現了一些與充電器相關的常見問題。在這里，讓我們看一些最常被咨詢的問題。 問：哪種線性充電器最適合我的應用？ 答：當為特定應用選擇合適的充電器時，您應該考慮多種因素：功率水平、尺寸、電池類型等。 以TI充電器產品組合中不同的充電器為例。bq24232是一種線性充電器，具有500mA的充電電流和電源路徑的特性。該解決方案的體積約為3.5mm × 4.5mm2，包括必要的電阻器和電容器。這對需要系統即時開啟功能且空間不受限的應用而言是絕佳的選擇。 如果電路板空間是受限的，那么bq24040可提供一個2.5mm × 3.5mm2的解決方案。該充電器可支持10mA至1A的充電電流，并具有充電狀態指示和可編程的預充電和終止速率。由于其靈活性，該器件成為低功耗應用中最廣泛使用的線性充電器之一。但bq24040的最小終止電流為6mA，這對超小型電池而言可能太大了。因此，對于尺寸和電池容量均非常小的應用（如助聽器），bq25100是很好的選擇。該集成電路（IC）本身的封裝尺寸僅為1.6mm × 0.9mm，解決方案總體積也很小，只有2.1mm × 2.2 mm2。此外，該IC可在電流小于1mA時終止充電，并為小型電池延長運行時間。 當挑選充電器時，電池電壓是另一個決定因素。bq24232和bq24040產品系列都有4.2V和4.35V的選項。bq25100則多提供了兩個選項（4.3V和4.06V的選項），以滿足可穿戴式應用的特殊需求。 問：為什么我的電池會在其充滿電之前終止充電？ 答：有幾種情況可能會導致提前終止充電。首先，檢查輸入電壓（VIN）引腳處的輸入電壓是否穩定并高于VBAT + VIN_DT。大多數TI充電器均有一個電源狀態良好檢測閾值（VIN_DT），該閾值是VIN和VBAT的差值。一旦VBAT增加且所述差值低于該閾值，充電就會終止。該閾值的典型值約為80mV。 其次，確定電池跟蹤電阻是否很小。有時，引線本身具有很大的電阻（達1Ω），這將導致300mV的電壓降以及300mA的充電電流。在這種情況下，即使電池電壓只有3.9V，充電器VBAT引腳的電壓也會達到4.2V，并因此終止充電。 第三，確保為安全定時器設置了正確的值。對bq24232來說，可為安全定時器設置兩小時到八小時的時間；一旦該定時器超時充電就會終止。如果充電電流過小且為安全定時器設置的時間過短，就有可能在電池充滿電之前停止充電。 問：我如何能消除小充電電流的振蕩？ 答：大部分時間里，輸入與輸出電容均可幫助穩定輸入與輸出電流。但在某些情況下（尤其當充電電流非常小時），電流程序引腳（例如ISET引腳）處的寄生電容會引起振蕩，這時輸入與輸出電容就不再是合適的解決方案了。 對bq25100而言，如果充電電流小于50mA，那么我建議添加一個與ISET電阻器并聯的電阻器/電容器（RC）補償電路（圖3）。這對于由ISET引腳處存在的寄生電容帶來的電流調節環路不穩定可起到有效的補償作用。 圖3：BQ25100的補償電路 |
