隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，可穿戴設(shè)備市場(chǎng)迅速擴(kuò)大，智能手表和真無(wú)線耳機(jī)等各種設(shè)備正在商業(yè)化。在設(shè)計(jì)電源電路過(guò)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(shè)計(jì)電源電路的工程師面臨著這樣的挑戰(zhàn)：在不影響傳統(tǒng)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(zhǎng)電池的運(yùn)行時(shí)間。值得關(guān)注的是，電源集成電路的使用可使電路板空間減半，元件數(shù)量減少約 40%，延長(zhǎng)電池壽命，并實(shí)現(xiàn)微型化和節(jié)電。本文將介紹適用于物聯(lián)網(wǎng)/可穿戴設(shè)備的電源 IC 電路。

可穿戴設(shè)備對(duì)電源 IC 的要求

節(jié)省空間

可穿戴設(shè)備對(duì)電源 IC 有兩個(gè)主要要求，其中之一是節(jié)省空間。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間佩戴的可穿戴設(shè)備來(lái)說(shuō)，小型化和輕量化是區(qū)別于其他設(shè)備的主要因素。因此，在新產(chǎn)品的企劃階段，往往會(huì)規(guī)定“產(chǎn)品尺寸必須在一定厘米以內(nèi)才能銷售”等尺寸要求，然后由開(kāi)發(fā)部門進(jìn)行開(kāi)發(fā)。為了滿足尺寸要求，每個(gè)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(jīng)常反饋，他們很難將必要的電源功能塞進(jìn)極小的電路空間中。

低功耗

可穿戴設(shè)備對(duì)電源 IC 的另一個(gè)要求是低功耗。一方面，用戶更喜歡可穿戴設(shè)備具有較長(zhǎng)的電池壽命。另一方面，現(xiàn)實(shí)情況是，由于外殼本來(lái)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(zhǎng)電池壽命已成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)，工程師們表示他們希望了解更多有關(guān)進(jìn)一步降低功耗的有效技術(shù)。

采用 SIMO 架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

電路板空間減少約 50%

傳統(tǒng)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器每個(gè)輸出需要一個(gè)電感器，因此如果有多個(gè)輸出系統(tǒng)，則每個(gè)電感器都必須實(shí)現(xiàn)，且每個(gè)輸出系統(tǒng)還需要無(wú)源元件，例如與電感器配置的電容器。基于以上情況，ADI 推出的單電感多輸出 (SIMO) 結(jié)構(gòu)電源 IC。下圖 (圖1) 為 SIMO 架構(gòu)概覽圖，在 SIMO 架構(gòu)中，單個(gè)電感器可提供多個(gè)輸出。即使有多個(gè)輸出系統(tǒng)，也可以將電感器集成到一個(gè)系統(tǒng)中，且傳統(tǒng)上每個(gè)電感器所需的無(wú)源元件也可以集成在一起。與傳統(tǒng)的分立電源電路配置相比，電路板空間可減少約 50%，元件數(shù)量可減少約 40%。因此通過(guò)采用 SIMO 架構(gòu)產(chǎn)品，可以大幅減少電源電路空間。

圖1 SIMO 架構(gòu)概覽圖

延長(zhǎng)約 20% 電池壽命

SIMO 架構(gòu)也有助于降低功耗：DC/DC 轉(zhuǎn)換器的功耗很大程度上受到電壓轉(zhuǎn)換產(chǎn)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(gòu)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(gòu)產(chǎn)品可提供高達(dá) 93% 的峰值效率，并可延長(zhǎng) 20% 的電池壽命。因此通過(guò)采用 SIMO 架構(gòu)的產(chǎn)品，可以降低功耗并延長(zhǎng)電池壽命，而這在以前是很難實(shí)現(xiàn)的。

圖2 與傳統(tǒng)方法的功耗比較 MAX77654 節(jié)省物聯(lián)網(wǎng)用/可穿戴設(shè)備電源電路空間

接下來(lái)介紹 ADI 推出的 SIMO 架構(gòu)的電源 IC 產(chǎn)品之一 MAX77654。它采用 2.8x2.3x0.7mm 的超小型封裝，集成了三個(gè)降壓-升壓穩(wěn)壓器、兩個(gè) LDO 和一個(gè)鋰離子電池線性充電器。智能手表和完全無(wú)線耳機(jī)等可穿戴設(shè)備電源開(kāi)發(fā)過(guò)程中所需的所有功能都集成在單個(gè)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(tǒng)的比較圖，在傳統(tǒng)的分立電源電路配置中，實(shí)現(xiàn)三個(gè)降壓-升壓穩(wěn)壓器需要三個(gè)電感器及其相關(guān)的無(wú)源元件，而 SIMO 架構(gòu)產(chǎn)品 MAX77654 只需一個(gè)電感器即可支持三個(gè)內(nèi)置降壓-升壓穩(wěn)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(nèi)的整體電路面積顯著減少，當(dāng)然這也有助于降低功耗。

圖3 MAX77654 電路板空間與傳統(tǒng)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(shè)計(jì)非常適合可穿戴設(shè)備中的電池，例如，推薦用于智能手表、真無(wú)線耳機(jī)、藍(lán)牙耳機(jī)、助聽(tīng)器、電子筆、AR/VR 耳機(jī)和智能眼鏡等多種可穿戴設(shè)備。ADI 已推出 MAX77654 EVKIT 評(píng)估板，可方便大家用于測(cè)試。

圖4 MAX77654 功能概述

應(yīng)用示例

無(wú)線揚(yáng)聲器等可聽(tīng)設(shè)備

智能手表等可穿戴設(shè)備

物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)

審核編輯：劉清