ADI電源IC如何讓可穿戴設備節省空間并降低功耗呢？

隨著物聯網的普及，可穿戴設備市場迅速擴大，智能手表和真無線耳機等各種設備正在商業化。在設計電源電路過程中，由于電池供電是前提，且需要使小型化和輕量化，因此設計電源電路的工程師面臨著這樣的挑戰：在不影響傳統功能的前提下，盡可能減小電路面積；在不增加電池容量的前提下，延長電池的運行時間。值得關注的是，電源集成電路的使用可使電路板空間減半，元件數量減少約 40%，延長電池壽命，并實現微型化和節電。本文將介紹適用于物聯網/可穿戴設備的電源 IC 電路。

可穿戴設備對電源 IC 的要求

節省空間

可穿戴設備對電源 IC 有兩個主要要求，其中之一是節省空間。對于長時間佩戴的可穿戴設備來說，小型化和輕量化是區別于其他設備的主要因素。因此，在新產品的企劃階段，往往會規定“產品尺寸必須在一定厘米以內才能銷售”等尺寸要求，然后由開發部門進行開發。為了滿足尺寸要求，每個板載功能都必須小型化，而分配給電源 IC 的電路板空間極其有限。工程師經常反饋，他們很難將必要的電源功能塞進極小的電路空間中。

低功耗

可穿戴設備對電源 IC 的另一個要求是低功耗。一方面，用戶更喜歡可穿戴設備具有較長的電池壽命。另一方面，現實情況是，由于外殼本來就很小，可安裝的電池容量有限，需要做得更輕、更小，因此可安裝的電池容量受到限制。如何在不增加電池容量的情況下延長電池壽命已成為一項挑戰，工程師們表示他們希望了解更多有關進一步降低功耗的有效技術。

采用 SIMO 架構的優點

電路板空間減少約 50%

傳統的 DC/DC 轉換器每個輸出需要一個電感器，因此如果有多個輸出系統，則每個電感器都必須實現，且每個輸出系統還需要無源元件，例如與電感器配置的電容器?；谝陨锨闆r，ADI 推出的單電感多輸出 (SIMO) 結構電源 IC。下圖 (圖1) 為 SIMO 架構概覽圖，在 SIMO 架構中，單個電感器可提供多個輸出。即使有多個輸出系統，也可以將電感器集成到一個系統中，且傳統上每個電感器所需的無源元件也可以集成在一起。與傳統的分立電源電路配置相比，電路板空間可減少約 50%，元件數量可減少約 40%。因此通過采用 SIMO 架構產品，可以大幅減少電源電路空間。

圖1 SIMO 架構概覽圖

延長約 20% 電池壽命

SIMO 架構也有助于降低功耗：DC/DC 轉換器的功耗很大程度上受到電壓轉換產生的電感飽和電流的影響，使用的電感器越多，電感飽和電流越大，電流損耗也越高，如下圖 (圖2) 所示。SIMO 架構可將電感器聚合，從而可以顯著抑制電感飽和電流并降低功耗。SIMO 架構產品可提供高達 93% 的峰值效率，并可延長 20% 的電池壽命。因此通過采用 SIMO 架構的產品，可以降低功耗并延長電池壽命，而這在以前是很難實現的。

圖2 與傳統方法的功耗比較 MAX77654 節省物聯網用/可穿戴設備電源電路空間

接下來介紹 ADI 推出的 SIMO 架構的電源 IC 產品之一 MAX77654。它采用 2.8x2.3x0.7mm 的超小型封裝，集成了三個降壓-升壓穩壓器、兩個 LDO 和一個鋰離子電池線性充電器。智能手表和完全無線耳機等可穿戴設備電源開發過程中所需的所有功能都集成在單個芯片中，且封裝尺寸極其緊湊。下圖 (圖3) 為 MAX77654 電路板空間與傳統的比較圖，在傳統的分立電源電路配置中，實現三個降壓-升壓穩壓器需要三個電感器及其相關的無源元件，而 SIMO 架構產品 MAX77654 只需一個電感器即可支持三個內置降壓-升壓穩壓器。這不僅意味著封裝尺寸更小，還意味著包括外圍元件在內的整體電路面積顯著減少，當然這也有助于降低功耗。

圖3 MAX77654 電路板空間與傳統的比較

下圖 (圖4) 為 MAX77654 功能概述，它支持 2.7 至 5.5V 輸入電壓和 0.8 至 5.5V 輸出電壓，其電壓設計非常適合可穿戴設備中的電池，例如，推薦用于智能手表、真無線耳機、藍牙耳機、助聽器、電子筆、AR/VR 耳機和智能眼鏡等多種可穿戴設備。ADI 已推出 MAX77654 EVKIT 評估板，可方便大家用于測試。

圖4 MAX77654 功能概述

應用示例

無線揚聲器等可聽設備

智能手表等可穿戴設備

物聯網傳感器節點

審核編輯：劉清