Energiebeheer-IC's dienen voor altijd actieve wearables, IoT-apparaten

Veel functies komen samen om een ​​handig draagbaar apparaat te maken. Vormfactor, ontwerp en energie-efficiëntie zijn essentieel voor het realiseren van apparaten die niet alleen hun werk goed doen, maar ook comfortabel, aantrekkelijk en gebruiksvriendelijk zijn en nieuwe manieren bieden om onze productiviteit, gezondheid en levensstijl te verbeteren. Het doel van ontwerpers van always-on wearables en Internet of Things (IoT)-apparaten is om de batterijduur te verlengen en tegelijkertijd de vormfactor te verkleinen, wat kan worden bereikt met kleine, sterk geïntegreerde energiebeheer-IC's (PMIC's).

Optische detectienauwkeurigheid in wearables is ook een grote zorg, die wordt beïnvloed door een verscheidenheid aan technische factoren, waaronder de keuze voor PMIC. Ultra-low-power PMIC's integreren circuitarchitectuur die de gevoeligheid van optische metingen voor gezondheidstoepassingen optimaliseert. De nieuwe PMIC's zorgen voor de hoogste gevoeligheid voor optische detectie in om de pols gedragen vormfactoren voor nauwkeurigere metingen van vitale functies, bijvoorbeeld.

De afgelopen jaren is het aantal draagbare sensoren in omloop exponentieel gegroeid. Dit is te wijten aan verschillende factoren, variërend van de stijging van de kosten van de gezondheidszorg tot de groei van "gezondheidsfanaten" - een levensstijl die wordt gekenmerkt door een obsessie met gezondheid. Bovendien hebben consumenten dankzij internet nu gemakkelijk en bijna onbeperkt toegang tot informatie over hun gezondheid. Het ontwerpen van betrouwbare oplossingen in de draagbare medische sector vereist betrouwbare elektronica. De hoge functionaliteit die apparaten als hearables en smartwatches nodig hebben, brengt een hoger energieverbruik met zich mee.

De aanhoudende trend naar kleinere en dunnere pakketten vereist op zijn beurt een nieuwe generatie geïntegreerde stroombeheercircuits die het opladen vergemakkelijken. Conventionele batterijen die passen in draagbare technologie, zoals lithium-ion (Li-ion) cellen, zijn misschien prima voor sensoren en andere draagbare apparaten met een laag stroomverbruik, maar ze hebben moeite om bij te blijven met de best presterende draagbare vereisten zoals spraak en gebarenherkenning, controle en detectie.

Het ontwerp van een printplaat (PCB) voor draagbare apparaten vereist veel aandacht voor zowel de materiaalkeuze als een correcte lay-out in overeenstemming met de vereisten voor elektromagnetische compatibiliteit. Draagbare PCB's vereisen een veel nauwere impedantiecontrole, wat een essentieel onderdeel is van de lay-out, wat resulteert in een schonere signaalvoortplanting.

PMIC-architectuur

Een typische architectuur voor draagbare apparaten omvat een system-on-chip (SoC), geheugen, display, sensoren en energiebeheerblokken. Een typisch energiebeheersysteem omvat een oplader, verschillende buck-converters en low-dropout-regelaars (LDO's) voor Bluetooth/Wi-Fi-verbinding. In een smartwatch zijn ontwerpuitdagingen bijvoorbeeld in wezen dissipatiebeheer en batterijgrootte. Dit alles omvat een passende selectie van PMIC-apparaten.

De meeste systemen hebben een oplader nodig en verschillende uitgangen die worden geregeld voor gemeenschappelijke circuitfuncties, bijvoorbeeld 3,3-V en 1,2-V-voedingsbussen voor de microcontroller en communicatieprotocollen.

Een zeer configureerbare, geïntegreerde lineaire lader in de PMIC ondersteunt een breed scala aan Li-ion-batterijen en omvat batterijtemperatuurbewaking voor extra veiligheid. Een bidirectionele I ² Met de C-interface kunnen ontwerpers de apparaatstatus configureren en bewaken. De architectuur van een PMIC omvat ook een controller met supervisiefunctionaliteit.

Voedingssystemen met buck- en boost-converters zijn het meest efficiënt. Laagspannings-, low-dropout lineaire regelaars hebben de voorkeur voor geluidsarme apparaten, maar energie-efficiëntie kan een kritische factor zijn. Een optimaal voedingssysteem wordt vertegenwoordigd door het exclusieve gebruik van schakelende voedingen. Het nadeel van deze benadering is dat elke schakelaar een inductor vereist, waardoor de PCB-ruimte en de grootte van draagbare apparaten toeneemt.

Als gevolg hiervan vereist het circuit een enkele energiebeheeroplossing die verschillende stroombussen integreert met behulp van een single-input, multiple-output (SIMO)-architectuur. Door meerdere uitgangen te bieden, verlengt de SIMO-benadering, samen met de lage stand-bystroom van de controller, de levensduur van de batterij van het draagbare ontwerp. Regelgevers leveren energie met minimale verliezen, en de architectuur elimineert enkele dubbele componenten en bespaart tegelijkertijd op de stuklijst.

Een voorbeeld is de MAX20310 van Maxim Integrated, een geïntegreerd stroombeheercircuit dat twee SIMO buck-boost-uitgangen combineert met twee LDO's en andere energiebeheerfuncties zoals een sequencingcontroller. De lineaire regelaars kunnen ook functioneren als stroomschakelaars die de inactieve belasting van de systeemrandapparatuur kunnen uitschakelen ( Afb. 1 ) om de efficiëntie te verbeteren.

Fig 1:Een blokschema van de MAX20310. (Afbeelding:Maxim Integrated)