设计耳戴式设备?微型PMIC可有效提升电池寿命

2017年9月8日

作者:Christine Young
博主, Maxim Integrated


耳戴式设备已经被认定为下一个消费热点,可通过声音控制、噪声消除、语音放大甚至实时语言翻译等应用增强听力和理解。展望未来,这些入耳式微型计算机将实现远远超出助听器和其它收听装置的功能。耳戴式设备的更多功能已经也正在被开发,例如心率监测和其它生物特征测量、活动跟踪甚至身份识别。

设计耳戴式应用的最大挑战,就在于其对微小尺寸的要求。以耳塞为例,在一个比拇指还小的空间里,它们仍然被期望提供丰富的声音效果以及拥有长电池寿命。除此之外,其它设计要求还包括:

  • 高效电源管理
  • 更大存储空间
  • 更快处理速度
  • 更高精度
  • 高集成度
  • 低材料清单(BOM)成本 

不言而喻,耳戴式设备的电源供电和电池管理极具挑战。由于耳戴式设备仅支持微型电池,需要极高精度的电量计来评估并最大程度提高电池寿命,防止设备突然或过早关断。针对电池管理,Maxim提供高精度ModelGauge电池电量计IC,由于不要求电流检测电阻和其它外部元件,极大地节省了成本和空间。 

在电源管理方面,电路需要尺寸小巧、效率高、静态电流低。理想情况下,电路应支持多种电池类型,并提供不同电路所需的各种电源轨。鉴于要求微型尺寸,理想的耳戴式电源管理IC (PMIC)应集成多种功能,例如电压调节和充电。如果希望支持各种电池类型的整个范围(从完全充电到接近空电量),较宽输入电压范围就至关重要。PMIC拥有独立的调节器也同样重要,通过根据特定的系统需求调整各个电源轨,提高方案效率。 

Earbuds由于尺寸微小,耳塞需要低功耗、高效率、小尺寸的PMIC

支持空间受限设计的新型PMIC

Maxim已经推出了两款新型超低功耗PMIC,能够解决耳戴式、可穿戴及其它空间受限物联网(IoT)应用的挑战,尤其是锂离子电池供电的应用。MAX77650和MAX77651 PMIC集成电压调节器、充电器,以及支持LED指示的电流调节器,外形尺寸只有19.2mm2 — 不到已有元件组合的一半。相比之下,支持锂离子电池供电产品的大多数PMIC依赖于附加分立元件。据Maxim移动方案事业部执行业务经理Scott Kim介绍,这些PMIC的真正独特之处是其单电感多输出(SIMO)升/降压调节器。SIMO调节器利用单电感提供三路独立的可编程电源轨、150mA低压差(LDO)调节器和三个流入电流源驱动器,减少总元件数量的同时最大程度增大可用的电路板空间。该IC拥有以下关键优势:

  • 最低待机功耗:0.3µA;5.6µA工作电流
  • 高效率:3路输出SIMO通道和LDO延长锂离子电池寿命
  • 最小方案尺寸:得益于多通道SIMO调节器,有效减少元件数量 

该种配置的调节器提供高精度电源调节、延长锂离子电池寿命,提高效率的同时降低耗能的散热。为提高灵活性和易用性,每路输出自动选择降压、升压或升/降压工作模式。此外,以下方面全部可编程:

  • VOUT, 从0.8V至5.25V
  • 峰值电感电流
  • 可编程上电/断电排序 

The MAX77650MAX77651 也提供低功耗线性充电器,可为采用微型电池的设计充电。充电器特性包括:

  • 7.5mA至300mA可编程快充电流
  • 低至0.75mA的高精度终止电流
  • 3.6V至4.6V可编程的电池调节电压

备有两款PMIC的评估板,用户可测试其对下一款耳戴式设计的适应性。