如何提高可穿戴设备的电池续航时间的方法

作者 Landa Culbertson, Mouser Electronics

可穿戴设备中的电源管理技术

超低功耗的电源转换是实现可穿戴设备最佳电源续航的关键。以下是一些最新的低功率产品或者高效直流-直流转换产品。

TI的 TPS727xx系列，250mA LDOs 特色是有着极小的仅为7.9µA静态电流，低漏失电流（100mA典型电压为65mV，200mA典型电压为130mV，250mA典型电压为163mV），宽输出电压和负载瞬态响应。LDO还有一个特点是有着高电源电压抑制比（PSRR），在RF应用上有着1kHz 70dB的平稳表现，有着小的低成本的10µA陶瓷电容器。

如今TI推出的还有TPS82740B 200mA升降压转换模块，能提供95%的转换率，在工作时仅消耗360nA lq，而安静时更仅为70nA。小型模块可用于完全整合，合并了交换调整器，感应器和输入/输出电容9-bump MicroSiP组件，实现了仅6.7mm2大小的尺寸。

图3: 低功率TPS82740x 360nA Micro SIP 升降压转换器模块

升压转换通常不如降压转换有效率。不过，在各种系统电路中对电池升压很常见，尤其是显示电路，Maxim有新1A升压转换器，MAX8627能使单电池锂电池的输出电压从3V升高到5V，并可实现高达95%的转换率而只消耗20µA lq。Silicon Labs现在有TS33x升压转换器，拥有行业领导的低至150nA的lq。TS33x增加输入电压从0.9V到3.6V，并且有8个可选择的范围为1.8V到5V的输出电压。

蓝牙，微控制器和其它低功率方案

事实上，当试图延长可穿戴设备电池续航时系统中的所有东西都需要考虑到

一个常见的省电的方式就是关闭一些高耗电的功能，如一些处理和显示功能，例如智能手表、平板或电脑。Bluetooth Smart或者叫低耗蓝牙，已经是大多数新智能手表中的标配，因此是可穿戴设备无线交流方式标准。蓝牙也可用于从智能手机传送信息到智能手表，并且TI提供了一个“蓝牙可穿戴手表发展系统”叫做 TI Meta Watch 确保了相关手表设备的快速发展。Meta Watch SDK/API 使在手表上从手机应用或网络服务上接受信息很容易。开发系统包括有显示屏的智能手表，和一个3 ATM 防水不锈钢外壳，皮带表，水晶镜面，震动电机，三轴加速计和环境光感应器。

图4：德州仪器Meta Watch Bluetooth 可穿戴手表开发系统确保了“可连接手表”应用的快速发展。

Meta手表平台已为低功耗优化，基于TI16位的MSP430超低功率的微控制器 (MCU)和CC2564蓝牙主控器界面方案。

选择MCU对可穿戴设备的电源管理很重要，高效的MCU能加速导入数据并迅速进入睡眠状态，保存电量。低耗能睡眠模式能有效减少电源消耗。可穿戴设备的设计者比之前有更多MCU的选择，32位比16位更有成本竞争力。为成本和功率敏感的MCU优化的ARM的Cortex-M系列32位处理器核心已经能预见到在可穿戴市场的成功。从超低功耗的Cortex-M0和 M0+到高性能的 Cortex-M7，ARM Cortex-M 系列可以提供能满足不同需求的各种穿戴设备。基于ARM-Cortex-M系列的MCU如今许多厂商都可提供，包括德州仪器，和STMMicroelectronics，有着STM32 MCU巨大的生产线，包括STM32L1和L0 超低功耗MCU。

最后，一定要考虑到可穿戴设备中无数传感器的电源管理。传感器技术是加速可穿戴市场发展的催化剂。但是我们不能忘记传感器的外围电路。STMicro可用于有低功耗传感器信号调理的可穿戴传感器，它的QA4NP 低功耗四通道运算放大器，每通道只消耗580nA（在1.8V的电源供给下）。

以上只是对低功耗电源管理技术的管中窥豹，和产品协作来设计能满足可穿戴市场超低功耗电源系统是激发这个市场的关键，有必要认识到超低功耗设备不仅对穿戴设备很重要，新的低耗技术对那些依赖电池供电和能量收集供电的应用也很重要。