背景信息

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可穿戴设备不再仅仅是在酷的科幻电影中看到(感谢电影《007》《少数派报》《至尊侦探》！)，使用可穿戴设备不再仅仅是梦想，可穿戴设备AD中文官网设备已成风。起初，可穿戴设备非常简单，如步行或跑步计步器。然而，短时间后，可穿戴设备变得更加先进或智能，包括更加注重外观设计而不仅仅是功能，从而增加了这些设备的整体吸引力。从智能服装、谷歌眼镜、先进的健身工业市场的一部分，从智能服装、谷歌眼镜、先进的健身活动跟踪器、虚拟现实设备、夜视设备到平视显示器。“可穿戴设备”它可以定义为用户可以长时间佩戴的产品，用户体验可以通过某种方式得到改善。“智能的”可穿戴设备增加了连接功能和独立的数据处理功能。可穿戴设备分为五类:健身/健康(活动监视器、健身腕带、脚踏计、心率监视器)；信息娱乐(智能眼镜/防护镜、智能手表和成像设备)；军用(夜视设备、平视显示器、人体外骨骼和智能服装)；工业(可穿戴终端)[信息来源:HISElectronicsandMedia，2013]。这些应用的利用率是由不同的市场驱动力驱动的。就军事应用而言，驱动力是提高情境识别能力、地图/路线、战斗效率和拯救生命。就工业应用而言，主要驱动力是提高生产线效率和跟踪能力。在信息娱乐应用方面，驱动力来自于利用尖端成像和虚拟现实技术不断爆炸性增长的游戏市场，越来越多的智能手机可以无线连接“物联网(IoT)”设备的组成部分。最后，就健康和医疗市场而言，主要驱动力包括延长预期寿命、降低医疗保险费用、延长健康生活时间和减少住院。

利用生物统计信息实现健康生活

生物统计信息反映了人体基本功能的生命体征。这些信息包括体温、脉搏/心率、呼吸频率和血压。这些信息非常重要，因为生命体征的负面变化可能意味着健康状况下降，反之亦然。显然，医院和医生诊所都配备了昂贵的设备来测量这些生物统计信息。然而，如果这些生物统计信息能够在医疗环境之外高效低成本地测量，生活质量可能会大大提高。例如，在家里或工作环境中，生活方式和行为可以随时随地实时改变，从而改善健康，延长甚至挽救生命。幸运的是，由于设备价格的降低和传感器技术的改进，用于医疗保健的智能可穿戴设备激增。它包括简单的，可以附着在身体上“单体征”检测产品还包括更复杂人体外骨骼，充满传感器，覆盖全身。然而，从集成电路(IC)从电子组件的角度来看，对这些可穿戴设备进行分区和高效供电并非微不足道。为了进一步理解这一点，我们将深入分析典型的智能可穿戴设备。

典型的智能可穿戴设备

典型的智能可穿戴设备包括哪些功能？人们可能认为该设备是一个微型嵌入式系统。显然，准确的分区取决于设备本身，但一般来说，智能可穿戴设备的核心结构由以下部分组成：

微处理器或微控制器或类似的IC

某些类型的微型机电传感器(MEMS)

小型机械起动器

全球定位系统(GPS)IC

蓝牙/蜂窝/Wi-Fi连接收集/处理和同步数据

成像电子组件，LED

计算资源

可充电或主(非可充电)电池或电池组

支持电子组件

可穿戴产品的主要设计目标通常是实现紧凑的外观尺寸、轻重量，以实现可穿戴性/舒适性和超低能耗，从而延长电池的运行时间/寿命。然而，用最小的电流、高效率和准确的电源此类设备并不那么简单。与智能可穿戴设备供电相关的一些关键问题如下：

1)电池供电设备中的电源管理IC能否消耗小电流对延长运行时间至关重要。微功率或微功率转换IC是必要的。

2)MEMS传感器需要低噪音的稳定电源。繁忙的致动器也可以受益。LDO或者低纹波开关稳压器非常适合这种轨道，因为这些稳压器具的输出噪声很低。

3)蓝牙/RF/Wi-Fi/蜂窝连接系统轨道也需要低噪声。低压差稳压器或(因为输出电流可能很大)LDO后稳压开关稳压器或低纹波开关稳压器是最佳选择。

4)处理器(可穿戴设备)“大脑”)电源。从ARMCortexMCU、DSP、GPS芯片到FPGA，各种低压轨道都需要覆盖各种大小的电流。这些组件可以由LDO或开关稳压器供电。

5）并非所有可穿戴设备都由可充电电池供电。有些可能使用主（非可充电）电池，需要在两次更换之间提供较长的运行时间。因此，找到估计电池运行时间的方法是关键。

6)尺寸紧凑，重量轻，使可穿戴设备更加舒适易用。紧凑型包装IC可构成占板面积小的解决方案，使设备外形尺寸小，重量轻。

超低静态电流IC解决方案

显然，满足可穿戴应用程序的需要IC上述解决方案及相关问题应具有以下特点：

•无论是运行模式还是停机模式，超低静态电流

•输入电压范围广，适用于各种电源

•能高效地给系统轨(有的>5V高压)供电

•能够准确可以准确确定电池的运行时间，不会产生重大影响IC静态电流(电池消耗电流)

•占板面积很小、重量很轻的扁平解决方案

•先进的包装可以提高热性能和空间利用率

幸运的是，AD公司最近推出了超低等一些产品IQLTC3388/-x降压稳压器，毫微功率LTC3331能量收集稳压器和库伦计数器集成LTC3335降压-升压型转换器都已经具备了大部份这些特性。

LTC3388是2.7V至20V在输入电源电压范围内，可提供高达50个mA连续输出电流。LTC3388的无负载工作电流仅为720nA，因此，该装置非常适合各种电池供电的低静态电流电源，如“持续运作型”电源及可穿戴设备。在宽负载电流范围内优化了其滞后同步整流的效率。针对15µA至50mA在负载方面，该装置还提供了90%以上的效率，稳定时只需要720nA无负载静态电流延长了电池寿命。LTC3388采用3mmx3mmDFN封装(或MSOP-10)只需要5个外部组件，可以为各种低功率应用构成非常简单紧凑的解决方案。图1显示了LTC典型的3388应用电路。

图1：简便的LTC典型的低压应用电路3388-1

微功率静态电流IC

LTC3335是一种内置精密库伦计数器的毫微功率高效同步降压升压转换器，提供高达50台mA连续输出电流。器具只有680nA静态电流，可编程峰值输入电流从低到5mA直至250mA，非常适合各种低功率电池应用，如可穿戴设备和IoT设备中看到的应用。其1.8V至5.5V输入电压范围为8.8V至5V当输入电压高于、低于或等于输出电压时，用户可选输出提供稳定的输出电源。此外，设备集成的准确性(±库伦计数器可以在长寿命不再充电的电池供电应用中准确监控累积电池放电，在很多情况下具有极其平坦的电池放电曲线。典型的应用包括无线传感器、远程监视器和AD的DustNetworks®SmartMesh®系统。LTC335包含4个内部低RDSONMOSFET，可提供高达90%的效率。其他特点包括可编程放电报警门限、存取库伦计数值和设备设置I2C接口、一个电源良好输出和8个5mA至250mA可选峰值输入电流适用于各种类型和尺寸的电池。耐热增强20引线3mmx4mmQFN封装的LTC3335的工作结温范围为-40°C至 125°C。图2显示了LTC典型的3335应用电路。

图2：简化的LTC3335应用原理图

LTC3331是一个完整的能量收集解决方案，提供高达50个mA当能量可用时，连续输出电流可以延长电池寿命。简便的10mA分流器用收集到的能量给可充电电池充电，低电池断开功能保护电池免受深度放电。当用收集的能量为负载提供稳定功率时，该设备只需要电池200nA当电池无负载供电时，电源电流只需950nA工作电流。LTC3331集成了高压能量收集电源、电池充电器和同步降压升压DC/DC转换器可以为无线传感器网络中的能量收集应用提供持续稳定的输出。合适的能量收集电源AC或DC由压电组成的全波桥式整流器和高效降压转换器(AC)、太阳能(DC)、或磁性(AC)能量收集能量。当充电电池输入降压升压转换器供电，直至4.2V的整个电池电压范围内运行，无论输入高于、低于或等于输出，都可调节输出。当能源收集不再可用时，LTC3331自动转换为电池。LTC333集输入3331V至19VAC或DC该装置非常适合各种压电、太阳能或磁能。可编程输入欠压闭锁门限，范围为3V至18V，因此，应用程序可以在峰值功率传输点运行能量收集电源。其他特点包括引脚可编程输出电压和降压-升压峰值电流限制、一个超级电容器平衡器和一个输入保护性分路器。LTC3331采用耐热增强5mmx5mmQFN封装。图3显示了LTC典型的3331应用电路。

图3：LTC3331的典型应用电路

结论

智能可穿戴设备不再仅仅是虚构的电影工具。智能可穿戴设备市场正在爆炸性增长。该市场涵盖各种强调美观和功能设计的产品，以及健康和健身、医疗、信息娱乐、军事和工业应用领域的产品。例如，充满传感器的医疗保健可穿戴产品可以监控医疗设施外的关键生物统计信息，如心率和血压，为更积极、更健康的生活方式创造机会。智能可穿戴设备的核心结构取决于产品类型，但本质上取决于微控制器MEMS由传感器、无线连接、电池和支持电子组件组成。高效供电小电流可穿戴设备可以证明这是非常具有挑战性的，但是AD它提供了一系列能够以低功率提供领先产品，有助于促进可穿戴设备市场的增长。诸如超低IqLTC3388能量收集降压型稳压器以及毫微功耗的LTC集成库伦计数器的3331能量收集降压稳压器LTC335降压-升压稳压器等设备可显著简化和提高智能可穿戴设备的性能。

作者：AD公司电力产品部高级产品市场工程师SteveKnoth