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低功耗嵌入式系统的新电池管理解决方案

电子设计 来源:电子元件技术 作者:电子元件技术 2021-01-12 14:35 次阅读

如今,低功耗嵌入式系统的创新与电池创新直接相关,从而创造了许多有价值的系统和应用。突破性的低功耗物联网,可穿戴和边缘设备的出现呈指数级增长,并带来了新的系统和IC设计挑战,其中每纳瓦的功耗或每微焦耳的能量都来自电池本身。

锂离子电池创建了各种类型的系统,从功率不足1瓦的低功率系统到电压高的高功率系统。这些系统是为从消费者到医疗保健的不同细分市场创建的。通过提供不同形状和不同尺寸的化学组合(例如钴酸锂和磷酸亚铁锂),锂创新不断改进,以适应多种应用。新电池管理解决方案的出现将使AI可以在超低功耗设备中实现。

低功耗嵌入式系统

每个需要电池充电的低功耗系统都使用USB C充电端口。所有这些都需要电量计设备来确定充电状态并同时保护电池。这些类型的系统需要传感器检测外界的信息,通常是通过处理信息的微控制器来实现。然后,某种用户界面和通信收发器均由向所有这些模块供电电源部分管理。

设计人员必须保证良好的充电保存期限,快速充电和电池操作自主权。现在,这些低功耗设备越来越小。” Ambatipudi说。

这些新一代的低功耗系统中有些与皮肤紧密接触。例如,它们可以戴在耳朵内,并且不会太热。“如果听筒或可穿戴设备变得非常热,那将是不好的体验;必须特别注意热性能。噪声和信号的完整性以及通信质量也是要考虑的重要方面。” Ambatipudi说。

设计人员还必须努力避免在首次使用时排出有问题的产品。换句话说,正如Ambatipudi指出的那样,他们必须致力于所谓的“客户满意度”。制造商必须在首次使用时通过提供充足电的设备来满足客户的需求,这要求电池寿命很长,避免不必要的电流损耗。电流是延长电池寿命的关键因素。静态电流微安量级的值可提供超过50个月的寿命。

锂离子电池的能量密度正在增加,不像摩尔的抛物线定律那么快,而是呈指数增长。密度的增加还带来许多其他后果,特别是在安全方面。电池隔板越来越薄,某些电池的安全性变得至关重要。由于苛刻的操作条件,实际上会随时间发展小型内部检测,而潜在的制造缺陷会加剧这种情况,从而引起热泄漏条件。因此,燃油表是必要的(图1)。

我们都希望更快地为灯具充电。但是,仅通过增加充电器的功率水平是不可能实现快速充电的,因为它还会增加更多的功率消耗,从而实际上会加热设备。效率对于实现快速充电至关重要。

电源管理中,DC-DC在效率方面起着重要作用。设计人员必须根据子系统的外形尺寸,找到一种为所有不同传感器供电的方法,同时要记住电池寿命短和噪声敏感度高。这些元素中的每一个都控制音频放大器,所有传感器和LED显示屏。它们都需要电压电流。但是空间有限。电池寿命很重要,同时低噪音至关重要。因此,您需要开关稳压器,但每个开关稳压器只有一个电感器。通过使用SIMO架构,可以用一个电感器产生多个输出。通过提供多个输出,SIMO方法与控制器的低待机电流一起,延长了可穿戴设计的电池寿命。调节器以最小的损耗提供能量。

图1:一段时间内的能量密度

低功耗嵌入式系统未来的挑战

图2:SIMO架构

电力人工智能

将AI推论带到边缘意味着从传感器,相机和麦克风收集数据,将数据发送到云以执行推论,然后将答案发送回边缘。这种架构可以工作,但是由于延迟时间和能源性能差,对于边缘应用程序来说非常具有挑战性。

低功耗微控制器提供了一种替代方法,可用于实现简单的神经网络。但是,挑战在于等待时间,只能在边缘执行简单的任务。MAX78000旨在填补这一空白。MAX78000是一种先进的系统级芯片设有一个FPU CPU -M4与超低功耗的深层神经网络加速器高效的系统控制。CNN引擎具有442KB的存储大小,可以支持1位,2位,4位和8位(最多支持350万个权重的网络)。该产品将最节能的AI处理器Maxim经过验证的超低功耗微控制器相结合。
编辑:hfy

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