可ke穿chuan戴dai設she備bei正zheng集ji成cheng越yue來lai越yue多duo的de功gong能neng，這zhe為wei電dian源yuan管guan理li帶dai來lai挑tiao戰zhan。可ke穿chuan戴dai設she備bei中zhong的de電dian池chi通tong常chang非fei常chang小xiao，設she備bei又you需xu要yao長chang時shi間jian工gong作zuo而er不bu用yong充chong電dian，因yin此ci功gong耗hao是shi一yi個ge關guan鍵jian的de設she計ji考kao慮lv因yin素su。要yao保bao證zheng可ke穿chuan戴dai設she備bei的de時shi尚shang性xing，電dian路lu需xu要yao保bao持chi在zai極ji小xiao的de尺chi寸cun以yi內nei
，這zhe使shi電dian源yuan管guan理li等deng器qi件jian更geng傾qing向xiang於yu采cai用yong單dan芯xin片pian解jie決jue方fang案an。為wei應ying對dui電dian池chi技ji術shu難nan以yi解jie決jue續xu航hang時shi間jian的de訴su求qiu，可ke穿chuan戴dai設she備bei有you可ke能neng采cai用yong新xin型xing電dian源yuan
，例li如ru對dui太tai陽yang能neng或huo熱re能neng進jin行xing能neng量liang采cai集ji。

TI：高精度、低功耗是延長續航時間的關鍵

德州儀器(TI)高性能模擬半導體產品部電池管理產品市場及應用經理文司華博士認為
，在可穿戴設備中，電池通常非常小(例如100 mAh)，設she備bei又you需xu要yao持chi續xu幾ji天tian甚shen至zhi是shi幾ji個ge星xing期qi而er又you不bu用yong充chong電dian，因yin此ci功gong耗hao是shi一yi個ge關guan鍵jian的de設she計ji考kao慮lv因yin素su。因yin此ci
，高gao功gong率lv轉zhuan換huan效xiao率lv將jiang是shi一yi個ge關guan鍵jian的de設she計ji要yao素su。時shi尚shang的de手shou腕wan式shi可ke穿chuan戴dai設she備bei要yao想xiang保bao持chi其qi酷ku炫xuan特te點dian
，電dian子zi電dian路lu需xu要yao保bao持chi在zai極ji小xiao的de尺chi寸cun以yi內nei。這zhe推tui動dong了le高gao水shui平ping的de包bao括kuo電dian源yuan管guan理liIC在zai內nei的de全quan器qi件jian集ji成cheng。此ci外wai，功gong率lv器qi件jian的de占zhan板ban麵mian積ji和he封feng裝zhuang應ying做zuo到dao盡jin可ke能neng小xiao。另ling外wai，可ke穿chuan戴dai設she備bei可ke能neng采cai用yong新xin型xing電dian源yuan，例li如ru對dui太tai陽yang能neng或huo熱re能neng進jin行xing能neng量liang采cai集ji。同tong時shi
，某mou些xie產chan品pin可ke能neng更geng傾qing向xiang於yu非fei接jie觸chu式shi充chong電dian。這zhe些xie非fei接jie觸chu式shi充chong電dian當dang中zhong包bao括kuo了le無wu線xian充chong電dian。

對於可穿戴電源目前存在的設計挑戰，他總結了以下五點。

● 在鋰電池過充或溫度過高會導致起火，鋰電池的安全性問題仍讓人擔憂的同時
，充電器應具有幾乎所有類型的安全設計

，包括過壓保護、過流保護
、過溫保護
、短路保護和低溫充電等，甚至是在充電器IC及解決方案尺寸必須保持非常小的情況下也是如此。

● 因(yin)為(wei)可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)中(zhong)的(de)電(dian)池(chi)較(jiao)小(xiao)，充(chong)電(dian)精(jing)度(du)的(de)需(xu)求(qiu)提(ti)高(gao)使(shi)為(wei)這(zhe)些(xie)小(xiao)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)並(bing)非(fei)易(yi)事(shi)。充(chong)電(dian)器(qi)必(bi)須(xu)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)更(geng)小(xiao)的(de)充(chong)電(dian)截(jie)止(zhi)電(dian)流(liu)。換(huan)言(yan)之(zhi)
，充(chong)電(dian)器(qi)的(de)精(jing)度(du)應(ying)該(gai)更(geng)高(gao)，達(da)mA級。例如，在智能手機係統中，2,000 mAh電池的正常充電電流為1.2 A(0.6 C)，充電截止電流應為正常充電電流的1/10～1/20，即120 mA～60 mA。然而在手環中，由於電池容量可能為100 mAh，正常充電電流將為60 mA，充電截止電流應為6 mA～3 mA。滿足這種要求的充電器器件很難找到。

● 可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)應(ying)具(ju)有(you)較(jiao)長(chang)續(xu)航(hang)時(shi)間(jian)。通(tong)常(chang)

，如(ru)果(guo)消(xiao)費(fei)者(zhe)每(mei)天(tian)都(dou)要(yao)為(wei)設(she)備(bei)充(chong)電(dian)
，他(ta)們(men)就(jiu)會(hui)不(bu)高(gao)興(xing)。在(zai)現(xian)在(zai)許(xu)多(duo)最(zui)好(hao)的(de)智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)都(dou)必(bi)須(xu)一(yi)兩(liang)天(tian)充(chong)電(dian)一(yi)次(ci)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，終(zhong)端(duan)用(yong)戶(hu)顯(xian)然(ran)期(qi)待(dai)能(neng)夠(gou)有(you)所(suo)改(gai)善(shan)。整(zheng)個(ge)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)應(ying)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)係(xi)統(tong)

，這(zhe)包(bao)括(kuo)：穩壓器效率，以及穩壓器和電池充電器應提供低靜態電流
、低待機電流和低漏電流。具有極低漏電流和待機電流以及低靜態電流的電源管理器件更加難於設計。

● shenzhishixianjinzuihaodedianchijishuyebunengwanquanjiejuedianchiyunxingshijiandesuqiu。womenxuyaozaishiyongkechuandaishebeidetongshi，kaifaxindedianyuan。xinxingdianyuandepingjingzaiyuqizhuanhuanweikeyonggonglvshi，gonglvmiduhezhuanhuanxiaolvjidi。

● 在可穿戴設備中，因為濕度、腐蝕等關係，許多產品的失效點為充電/信號連接器。

針對這些設計挑戰，TI 的應對措施如下。

● TI的充電器IC和電量計IC為工作中的電池提供了最廣泛的保護和監控。TI在保持相同水平保護功能的同時縮小半導體尺寸的過程中取得了成功。例如，bq24040和bq25100都與JEITA標準兼容。兩者都具有Ts輸入用於監控電池熱敏電阻
，以保證充電溫度在合適範圍內。bq24040尺寸為2mm×2mm，並且在2014 年中期推出bq25100之前是最小的充電器。bq25100尺寸為1.6 mm×0.9 mm，與0603尺寸的電容相當(圖1)。

● 主流可穿戴設備品牌采用TIbq24040/45或bq24232(帶電源通路)充電器IC，是因為它們的尺寸較小(分別為2mm×2mm和3mm×3mm)、精度較高。並且在適配器連接時，甚至是電池電量耗盡時，bq24232允許係統立即上電。在先進的可穿戴設計中，精度和電源通路特性最受青睞。另外，bq25100允許正常充電電流最小為10 mA
，並且能夠將充電截止電流或預充電電流設置為1mA，這是針對可穿戴設備的業界最高精度。

● 為了在電源管理係統中降低功耗，TI針對可穿戴設備在極低的流耗下工作改造了這些器件。例如，bq25100在工作模式下的靜態電流小於1μA，並且在bq25100處於關閉模式時
，電池漏電流低至75 nA。同時，“Nano -Buck”TPS62736降壓轉換器的靜態電流極低，僅為380nA
，在15nA低負載的情況下，能夠幫助實現超過90%的效率。與在低負載條件下的傳統DC/DC轉換相比，這能夠延長30%～50%的電池運行時間。

● 能量采集技術刺激了可穿戴設備的新應用。TPS25504能夠從單個太陽能電池(約0.3～0.6V)或TEG(熱電發生器，＜0.3V)等低能量源中獲取能量。它對啟動電壓的要求較低，僅為0.33V
，並且能夠在低至80 mV的電壓下工作。其靜態電流也很低，僅為330nA。

● 隨著Moto360dengyingyongqudejidachenggong，wuxianchongdianbianchenglekechuandaishebei
，youqishizhinengshoubiaodequdaixingxuanzefangan。shiyongwuxianchongdiankeshikechuandaishebeiwuxushiyonglianjieqi，zuodaogenghaodimifeng；無線充電有利於推廣帶有定製底座的易於充電的使用案例
；無線充電Rx推薦是Qi兼容的，這樣可穿戴設備能夠在任何標準的Qi充電器上進行充電. Tx可以是Qi兼容的,但有些設計限於尺寸或特殊形狀要求
，TX線圈需要定製(非Qi規範)。

在可穿戴設備電源產品未來的規劃上，文司華表示：“我們將繼續針對可穿戴設備提供高集成度、低功耗、高精度的電源管理器件、充電器、能量采集器和電量計，以及有可能覆蓋感應式充電和磁共振充電的無線充電產品。”

ST：小體積、單芯片電源管理方案是發展趨勢

意法半導體(ST)市(shi)場(chang)部(bu)技(ji)術(shu)經(jing)理(li)樊(fan)誌(zhi)生(sheng)認(ren)為(wei)

，可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)有(you)以(yi)下(xia)三(san)點(dian)趨(qu)勢(shi)。第(di)一(yi)
，超(chao)低(di)靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)和(he)小(xiao)封(feng)裝(zhuang)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)單(dan)芯(xin)片(pian)是(shi)個(ge)趨(qu)勢(shi)。該(gai)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)芯(xin)片(pian)需(xu)集(ji)成(cheng)線(xian)性(xing)充(chong)電(dian)、LDO和DC/DC等功能。LDO和DC/DC給其他模塊供電，比如藍牙
、傳感器、MCU、GPS等。比如，STNS01是一個集成路徑管理
、3 .1V/ 100mA超低靜態電流LDO、線性充電和過放保護的電源管理芯片。整個芯片尺寸隻有3mm×3mm ,同時待機功耗隻有100 nA。路徑管理可以保證即插即用，和減少電池充放電次數以延長電池壽命。3.1V/100mA超低靜態電流LDO在沒有負載時可以實現1nA的靜態電流。線性充電的充電電流可以通過外圍電阻設置充電電流從15mA～200mA，keyimanzusuoyougezhongkechuandaishebeiduichongdiandianliudeyaoqiu。dier
，taiyangnengchongdianjiwuxianchongdianjiangguangfanyongyuzhinengshoubiao。suizheguojiaduijienengyaoqiuhekechuandaishebeiyonghuhuwaiyundongbijiaoduodetedian，taiyangnengchongdianjiushiyigehenhaodejiejuefangan。wuxianchongdianbenshendaiyoufengbixinghaodetedian

，youqiduiyixiehuwaiyundonghuoshuixiayundongdekechuandaishebeijiangshiyigehenhaodechongdianjiejuefangan。disan
，AMOLED屏驅動芯片。AMOLED屏將廣泛應用於智能手表。跟傳統LCD屏比較，AMOLED屏具有更高的亮度
、更薄、更好的分辨率和更省電等特點。STOD32W是一個能滿足不同尺寸要求的驅動芯片。

在可穿戴設備電源方麵
，ST有很多解決方案，包括：PMIC(電源管理IC)、線性充電器、超低靜態電流的LDO、太陽能和無線充電方案
、顯示屏驅動芯片。比如

，STNS01是一款帶有路徑管理
、3.1V/100mA LDO、線性充電和過放保護功能的電源管理芯片。STLQ015具有超低靜態電流的LDO。在沒有負載的狀態下
，其靜態電流隻有1uA，不工作狀態下隻有1nA。同時，ST還提供太陽能和無線充電方案。STOD32W是一款100mA電流和三路輸出的AMOLED屏驅動芯片，最大可以給3”的AMOLED屏供電。SPV1050是一款集成兩路LDO的太陽能充電芯片。

“在zai可ke穿chuan戴dai設she備bei電dian源yuan設she計ji方fang麵mian
，不bu同tong芯xin片pian平ping台tai廠chang家jia將jiang會hui推tui出chu自zi己ji不bu同tong功gong能neng的de可ke穿chuan戴dai設she備bei解jie決jue方fang案an
，設she計ji適shi合he不bu同tong廠chang家jia平ping台tai的de電dian源yuan管guan理li芯xin片pian將jiang是shi一yi個ge挑tiao戰zhan
；還(hai)有(you)就(jiu)是(shi)超(chao)低(di)功(gong)耗(hao)和(he)小(xiao)尺(chi)寸(cun)。另(ling)外(wai)，目(mu)前(qian)還(hai)沒(mei)有(you)適(shi)合(he)不(bu)同(tong)尺(chi)寸(cun)要(yao)求(qiu)的(de)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)。現(xian)有(you)的(de)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)三(san)大(da)標(biao)準(zhun)下(xia)，對(dui)於(yu)用(yong)於(yu)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)線(xian)圈(quan)大(da)小(xiao)定(ding)義(yi)都(dou)不(bu)適(shi)合(he)現(xian)有(you)可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)尺(chi)寸(cun)。”樊誌生表示
，“我們將會推出更小尺寸(比如CSP封裝)的電源管理芯片。同時對於現有的無線充電三大標準下，用於無線充電的線圈大小定義都不適合現有可穿戴設備尺寸的情況，ST將推出具有自定義無線充電線圈大小的解決方案。比如針對智能手表，我們將會推出基於Qi標準的2.5W無線充電方案。另外，ST計劃推出的產品還有：更高效率的AMOLED驅動器芯片，CSP封裝的集成線性充電器、LDO或DC/DC等功能的電源管理芯片等。”

最後，他強調：“gerenrenweiyinggaizhenduibutongxiaofeiquntituichubutonggongnengdekechuandaishebei。weilaijinianjiangshikechuandaishebeibaofazengchangdejinian。bixuyougengqiangdianchixuhangnengli。digonghaobidingshiyigequshi。”

[page] ADI：迎合電源管理低功耗
、小體積及低成本要求

“可穿戴設備本身是很寬泛的概念覆蓋各類產品形態
，包括傳統便攜設備(如手表)，也(ye)包(bao)括(kuo)在(zai)非(fei)設(she)備(bei)類(lei)的(de)穿(chuan)戴(dai)產(chan)品(pin)中(zhong)附(fu)件(jian)上(shang)各(ge)類(lei)傳(chuan)感(gan)器(qi)進(jin)而(er)成(cheng)為(wei)可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)的(de)範(fan)疇(chou)，例(li)如(ru)衣(yi)服(fu)鞋(xie)帽(mao)等(deng)。可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)所(suo)提(ti)供(gong)的(de)功(gong)能(neng)目(mu)前(qian)多(duo)集(ji)中(zhong)在(zai)在(zai)工(gong)具(ju)類(lei)(如GPS、環境等)和運動健康類(如計步
、睡眠
、心率、體脂分析
，以及血氧等)。”ADI公司亞太區醫療行業市場經理王勝介紹道。

他指出
，可穿戴設備現狀有如下幾個特點：整個智能可穿戴設備市場還是在啟動培養階段，例如功能的豐富性

，結果實用性及服務性特征等，都需要進一步的完善；很多功能及性能實現還需要進一步的技術突破，例如功耗、體積以及使用的方便性等；開發可穿戴設備的公司越來越多，幾乎所有的品牌手機廠商都在進行著某種形式的投資及開發；越來越多的IDH(獨立設計公司)參與到相關技術的研發，尤其是在軟件數據處理方麵。


從可穿戴設備發展趨勢角度來看，以下幾點可能會被業內關注：宏觀來看必將是電子設備市場的新的增長點；持續不斷的增加並完善健康保健類功能
，甚至某些性能到達或通過醫療級的應用標準
；高集成度、小體積、低功耗以及低成本的傳感器硬件在將來的可穿戴設備開發中會成為越發關鍵的要素；後台數據的分析處理及反饋到終端用戶將是維持用戶持續使用的必經之路。

“ADIzuoweizaichuanganqijimonihunhexinhaodelingxiangongyingshang
，zaikechuandaishebeilingyuyehuijingenkehujishichangfazhanqushi，bingyongzhuanmendeyiliaobaojiantuanduitigongxitongjibaokuoruanjianzaineidequanfangweidefangan。chuciyiwai
，zaiyinghekechuandaishebeizhongdianyuanguanlitedingdedigonghao、小體積及低成本的要求，例如ADP150、ADP160等，在可穿戴市場都有很好的表現。”王勝表示。

關於ADP16x係列而言，ADP160/ADP161/ADP162/ADP163均為超低靜態電流
、低壓差線性穩壓器，工作電壓為2.2V～5.5V，輸出電流最高可達150mA。在150mA負載下壓差僅為195mV
，不僅可提高效率，而且能使器件在很寬的輸入電壓範圍內工作。

ADP16x 經過專門設計
，利用1μF±30%小陶瓷輸入和輸出電容便可穩定工作

，適合高性能、空間受限應用的要求。ADP160可提供1.2V～4.2V範圍內的15種固定輸出電壓選項(圖2)。ADP160/ADP161還包括一個開關電阻，當LDO禁用時
，該電阻自動使輸出放電。ADP162不包括輸出放電功能，其餘與ADP160完全相同。ADP161和ADP163可用作可調輸出電壓穩壓器，僅提供5引腳TSOT封裝。ADP163不包括輸出放電功能，其餘與ADP161完全相同。短路和熱過載保護電路可以防止器件在不利條件下受損。


ADP160 和ADP162 提供5 引腳TSOT和4引腳
、0.5mm間距WLCSP兩種小型封裝，是適合各種便攜式供電應用的最小尺寸解決方案
，並可應用在移動電話、數碼相機和音頻設備
、便攜式和電池供電設備


、後置DC-DC調節以及便攜式醫療設備當中。

另外
，ADP150 是一款超低噪聲(9μV)、低壓差線性調節器，采用2.2V至5.5V電源供電
，最大輸出電流為150mA。驅動150 mA負載時壓差僅為105 mV，這種低壓差特性不僅可提高效率，而且能使器件在很寬的輸入電壓範圍內工作。ADP150采用新穎的電路拓撲結構，實現了超低噪聲性能
，而無需額外的噪聲旁路電容
，非常適合對噪聲敏感的模擬和RF應用。ADP150在提供超低噪聲性能的同時，並不影響其電源抑製(PSRR)或線路與負載瞬態響應性能。它實現了超低噪聲與低靜態功耗的最佳組合，使便攜式應用的電池使用時間可達到最長。

ADP150 經過專門設計，在1 μF±30%小陶瓷輸入和輸出電容情況下便可穩定工作
，適合高性能、空間受限應用的要求。它可提供1.8V～3.3V範圍內的14種固定輸出電壓選項。短路和熱過載保護電路可以防止器件在不利條件下受損。ADP150提供5引腳TSOT和4引腳、0.4mm間距WLCSP兩種小型封裝，是適合各種便攜式供電應用的業界最小尺寸解決方案。該款產品可應用在移動電話、數碼相機和音頻設備、便攜式和電池供電設備、後置DC-DC調節、便攜式醫療設備以及RF
、PLL
、VCO和時鍾電源當中。

村田：手機用微型DC/DC轉換器沿用到可穿戴設備中

日前，村田製作所(Murata)在展會推出了可穿戴設備的整體解決方案。展出的可穿戴設備(Murata概念手環，圖3)集成了薄膜型溫度傳感器(用於檢測體表的溫度)

、光傳感器(用於檢測心率)以及MEMS氣壓傳感器(檢測氣壓，進而檢測高度)三種傳感器。同時
，它還集成了藍牙智能模塊、微型DC-DC轉換器，以及片狀多層陶瓷電容。對於該產品的續航能力，村田工程師介紹說：“產品的續航時間取決於具體應用設計。這款展示方案采用CR2032鋰錳扣式電池，若所有功能全開，可以工作3～4天時間。”

其中，該設備采用的微型DC-DC轉換器模塊係列集成了功率IC、功率電感，以及輸入和輸出電容(圖4)。該係列模塊尺寸為2.5mm×2.0mm×1.1/1.2mm
，其特點是體積非常小
，抗EMI幹擾能力強。該係列輸出電壓為1.0V～3.3V，輸入電壓為2.3V～5.5V，最大負載電流為600mA。它總共有3大類：降壓、升降壓和升壓。


該電源管理模塊係列可用於智能手機、平板電腦、光模塊
、固gu態tai硬ying盤pan以yi及ji可ke穿chuan戴dai設she計ji
，其qi最zui初chu就jiu是shi針zhen對dui智zhi能neng手shou機ji而er開kai發fa的de。但dan是shi由you於yu其qi具ju有you體ti積ji小xiao的de特te點dian
，可ke以yi沿yan用yong到dao可ke穿chuan戴dai應ying用yong中zhong。村cun田tian工gong程cheng師shi認ren為wei，可ke穿chuan戴dai設she備bei對dui電dian源yuan的de要yao求qiu包bao括kuo：體積小
、效率高和EMI特性好(因為尺寸小

，相互幹擾的可能性會變大)。對於可穿戴設備往後發展功能會更多的問題，他指出，對於集成型電源模塊來說
，由於用電方式不一樣(電壓不同)，就jiu可ke能neng需xu要yao多duo路lu輸shu出chu。村cun田tian針zhen對dui移yi動dong設she備bei有you一yi定ding經jing驗yan，有you這zhe樣yang的de多duo路lu產chan品pin。今jin後hou村cun田tian也ye將jiang憑ping借jie這zhe樣yang的de經jing驗yan，開kai發fa一yi些xie針zhen對dui可ke穿chuan戴dai應ying用yong的de電dian源yuan產chan品pin。

該公司另一位工程師補充說：“現在一般的可穿戴產品的電源設計都采用一顆電源管理芯片(PMIC)放在中間，旁邊配上升壓、降壓電路的方式來實現。這會造成電路板的麵積較大，EMI方麵需要做一定調試。這款DC-DC轉zhuan換huan器qi的de主zhu芯xin片pian和he元yuan器qi件jian都dou是shi通tong過guo層ceng疊die方fang式shi實shi現xian，這zhe就jiu能neng夠gou極ji大da降jiang低di占zhan板ban麵mian積ji。而er且qie芯xin片pian在zai做zuo好hao後hou就jiu已yi經jing做zuo了le調tiao試shi匹pi配pei
，這zhe就jiu能neng夠gou提ti高gao效xiao率lv、節省空間。該係列模塊效率從85%～96%都有，具體取決於客戶需求
，比如輸出電壓調整等。”



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