ICs de gerenciamento de energia servem para wearables sempre ativos, dispositivos IoT

Muitos recursos se juntam para fazer um dispositivo vestível útil. O formato, o design e a eficiência energética são essenciais para a realização de dispositivos que não apenas fazem seu trabalho corretamente, mas também são confortáveis, atraentes e fáceis de usar, oferecendo novas maneiras de melhorar nossa produtividade, saúde e estilo de vida. O objetivo dos designers de dispositivos wearable e Internet das coisas (IoT) sempre ligados é estender o tempo de execução da bateria ao mesmo tempo em que reduz o fator de forma, o que pode ser realizado com pequenos CIs de gerenciamento de energia (PMICs) altamente integrados.

A precisão do sensor óptico em vestíveis também é uma grande preocupação, que é afetada por uma variedade de fatores técnicos, incluindo a escolha do PMIC. PMICs de ultra-baixa potência integram arquitetura de circuito que otimiza a sensibilidade das medições ópticas para aplicações de saúde. Os novos PMICs permitem a mais alta sensibilidade para detecção óptica em fatores de forma usados ​​no pulso para medições de sinais vitais mais precisas, por exemplo.

Nos últimos anos, o número de sensores vestíveis em circulação cresceu exponencialmente. Isso se deve a vários fatores, desde o aumento dos custos com saúde até o crescimento de “fanáticos pela saúde” - um estilo de vida que se caracteriza pela obsessão pela saúde. Além disso, graças à Internet, o consumidor passou a ter acesso fácil e quase ilimitado às informações sobre sua saúde. O projeto de soluções confiáveis ​​no campo da medicina vestível requer componentes eletrônicos confiáveis. A alta funcionalidade exigida por dispositivos como audíveis e smartwatches envolve um maior consumo de energia.

A tendência contínua para pacotes menores e mais finos, por sua vez, requer uma nova geração de circuitos integrados de gerenciamento de energia que facilitam o carregamento. Baterias convencionais que se encaixam em tecnologia vestível, como células de íon-lítio (Li-íon), podem ser boas para sensores e outros dispositivos vestíveis com baixa demanda de energia, mas lutam para acompanhar os requisitos vestíveis de mais alto desempenho, como fala e reconhecimento, monitoramento e detecção de gestos.

O design da placa de circuito impresso (PCB) para dispositivos vestíveis exige muita consideração tanto para a escolha dos materiais quanto para um layout correto em conformidade com os requisitos de compatibilidade eletromagnética. Os PCBs vestíveis requerem um controle de impedância muito mais próximo, que é um elemento essencial do layout, resultando em uma propagação de sinal mais limpa.

Arquitetura PMIC

Uma arquitetura típica de dispositivo vestível inclui um sistema em chip (SoC), memória, tela, sensores e blocos de gerenciamento de energia. Um sistema de gerenciamento de energia típico inclui um carregador, vários conversores de buck e reguladores de baixa queda (LDOs) para conexão Bluetooth / Wi-Fi. Em um smartwatch, por exemplo, os desafios do projeto são essencialmente gerenciamento de dissipação e dimensionamento da bateria. Tudo isso envolve uma seleção apropriada de dispositivos PMIC.

A maioria dos sistemas requer um carregador e várias saídas reguladas para funções de circuito comuns - por exemplo, barramentos de alimentação de 3,3 V e 1,2 V para o microcontrolador e protocolos de comunicação.

Um carregador linear integrado altamente configurável no PMIC oferece suporte a uma ampla variedade de baterias de íon-lítio e inclui monitoramento da temperatura da bateria para maior segurança. Um bidirecional I ² A interface C permite que os designers configurem e monitorem o status do dispositivo. A arquitetura de um PMIC também inclui um controlador com funcionalidade de supervisão.

Os sistemas de alimentação com conversores buck e boost são os mais eficientes. Os reguladores lineares de baixa tensão e baixa queda são preferidos para dispositivos de baixo ruído, mas a eficiência energética pode ser um fator crítico. Um sistema de alimentação ideal é representado pelo uso exclusivo de fontes de alimentação comutadas. A desvantagem dessa abordagem é que cada switch requer um indutor, aumentando assim o espaço da placa de circuito impresso e o tamanho dos dispositivos vestíveis.

Como resultado, o circuito requer uma única solução de gerenciamento de energia que integra vários barramentos de energia usando uma arquitetura de entrada única e saída múltipla (SIMO). Ao fornecer várias saídas, a abordagem SIMO, junto com a baixa corrente de espera do controlador, estende a vida útil da bateria do design vestível. Os reguladores fornecem energia com perdas mínimas e a arquitetura elimina alguns componentes duplicados enquanto economiza na lista de materiais.

Um exemplo é o MAX20310 da Maxim Integrated, um circuito integrado de gerenciamento de energia que combina duas saídas SIMO buck-boost com dois LDOs e outros recursos de gerenciamento de energia, como um controlador de sequenciamento. Os reguladores lineares também podem funcionar como interruptores de alimentação que podem desligar a carga inativa dos periféricos do sistema ( Fig. 1 ) para melhorar a eficiência.

Fig 1:Um diagrama de blocos do MAX20310. (Imagem:Maxim Integrated)