如何为可穿戴设备和物联网设计延长20%的电池寿命

当您依靠智能手表来管理您的约会、查看消息和跟踪健康参数时，您会希望设备在每次充电过程中可靠地运行。必须比您预期的更频繁地争夺充电器是一件麻烦事，尤其是在您外出时。然而，与任何低功耗电子产品一样，该设备的紧凑外形将限制其电池容量。

您如何设计可穿戴、可听或其他空间受限的物联网产品，以提供消费者期望的丰富功能和较长的电池寿命？

Maxim Integrated 的 Gaurav Mital 和 Chapin Wong在他们最近的网络研讨会“如何将您的可穿戴设备和耳穿戴设备的电池寿命延长 20% ”中提供了一些答案。Mital 是技术人员的高级主要成员，Wong 是公司移动业务部技术人员的高级成员。

除了智能手表、耳塞、GPS 追踪器、婴儿监视器和其他低功耗物联网设备，它们都面临着类似的设计挑战：

空间限制

对散热的敏感性，特别是因为这些设备中有许多直接与皮肤接触

长时间的游戏时间期望

低噪音流量

对手势和语音控制以及支付处理等增值功能的需求推动了设计中对额外电源轨的需求

快速上市

这些挑战需要独特的电源管理解决方案，例如基于单电感器、多输出 （SIMO） 升降压架构的电源管理 IC （PMIC）。传统的开关稳压器拓扑需要为每个输出使用单独的电感器，而 SIMO PMIC 提供支持三个输出通道的单个电感器。正如 Mital 所解释的，只要输出通道的电压低于指定的阈值，就会出现一个标志，指示该通道需要维修。控制器在电感器中建立能量，直到电感器电流符合编程的电流限制，然后将该能量传输到输出电容器。通道不必以任何定义的顺序进行服务。负载能力是所有输出组合的所有电流的总和。

作为解决小型、低功耗物联网设计挑战的 SIMO PMIC 示例，Mital 重点介绍了MAX77654。MAX77654是一款超低功耗PMIC，具有SIMO buck-boost、两个100mA LDO和纹波抑制功能，以及一个用于小型Li+电池的电源通路充电器。Mital 解释了 PMIC 如何为真无线立体声 （TWS） 耳塞提供“一站式电源解决方案”（图 1）。这种耳塞非常先进，通常具有额外的麦克风，用于主动降噪、生物识别传感器和实时语言翻译，外形小巧。“分立式或半分立式电源解决方案很难满足这些要求，”Mital 说。

TWS 耳塞系统需要提供较长的电池寿命，在较小的 PCB 占用空间中支持多个高效电源轨，并拥有不影响音频性能的电源音频模块。MAX77654 等 SIMO PMIC 可满足这些需求。该器件在 V OUT （1.8V）下提供 91% 的效率，仅 0.3µA 关断电流和 6µA 工作电流，解决方案总尺寸为 29.7mm 2 。该设备已证明能够为超低噪声音频编解码器供电，在不影响音频质量的情况下将电池寿命延长多达 20%。

SIMO PMIC 可以满足需求。

在网络研讨会期间，Wong 讨论了 SIMO PMIC 如何满足包括智能眼镜在内的应用的需求。智能眼镜由微控制器、振动电机、蓝牙和多个摄像头组成，所有这些都位于框架手柄上的薄 PCB 条上。SIMO PMIC（例如MAX17270 nanoPower SIMO 升降压转换器）可用作与 LDO 串联的效率升压器，为眼镜的相机模块的三个电源轨供电（1.2V 用于串行通信，1.8V 用于数字逻辑，2.5 V 用于模拟电路）。虽然分立式方法需要三个降压稳压器、三个电感器、一个 LDO 和八个电容器（24.59mm 2中的 15 个组件解决方案尺寸），MAX17270 解决方案只需要一个器件加上一个 LDO、一个电感器和七个电容器（13.68mm 2解决方案尺寸中的 10 个元件）。

智能眼镜的画质取决于摄像头电源的纹波。为了降低输出电压纹波，Wong 指出，可编程电感器电流限制功能使 SIMO 输出到对极低纹波 （《20mVp-p） 敏感的电源轨。他解释说，可以通过 I 2 C 改变电感峰值电流限制，以将输出电流纹波降低到 20mV 以下。

Mital 总结道：“如果您正在寻找一种占用空间小、外部组件少且能高效延长电池寿命的电源解决方案，请评估 SIMO PMIC。”

审核编辑：郭婷