薄、小、輕—這些是對可穿戴設備的基本要求，也解釋了為什么可穿戴技術的限制是電池續航的長短。傳統符合要求的電池有鋰電池紐扣電池，這種電池對傳感器和其他的小功率穿戴設備來說足夠了，但它很難跟上越來越多的可穿戴設備的腳步，比如健康帶和智能手表。現在大多數智能手表電池只夠用一天。更有甚者，可能在4月份發布的萬眾矚目的Apple Watch，其電池續航僅為2.5個小時

　　圖一：Apple Watch是蘋果第一款可穿戴，具有革命性的新技術和開創性的用戶界面。（照片由蘋果公司提供）

　　對這些類型的設備來說，提高電池續航是獲取市場份額的關鍵，這將是一個龐大的市場，預測將在2018年達到3.8億個單位。能量收集，無線充電，電池管理，電源管理和低消耗解決方案都是在可穿戴設計中提高續航的可選擇方案。本文章將突出介紹有關這些領域的最新產品，來幫助可穿戴設備的設計師們創造優秀的電源方案并更好的做好電源分配工作。

　　能量收集電源管理

　　能量汲取于身體，如體溫和肢干的運動，或者來自環境如環境光線攜帶的僅微瓦到毫瓦單位的能量—不足以支撐智能手表的使用。德州儀器（TI）有一種設備，bq25570，它能把收集到的300到400毫瓦一下推到能給電池充電的3到5V。雖然現在這不能產生足夠智能手表工作的電量，但至少能延長工作時間?！俺凸母吣芰坎杉芾?a target="_blank">集成電路”如bq25570，也包括一個提供能第二種電力運營系統的高效nano-電源降壓變換器。

　　傳統電池充電（usb或適配器）

　　我們當然可以給可穿戴設備的電池用傳統方式充電，通過usb或適配器連接。TI的新bq25100單電池鋰電池充電器提供了一個微型解決方案幾乎相當于現存電源方案的一半，同時它又能在成本敏感的可穿戴市場里支持低成本適配器的使用。充電器有高達30V的輸入電壓和6.5V的輸入電壓保護，除了其他的保護參數。Maxim的MAX14676/76A為可穿戴設備的電源充電管理提供了另一種選擇。高度集成的MAX14676/76A，我們可以把它描述為“可穿戴電源管理方案集成電路”，它不止包括線性的充電電路，也包括延長續航時大量的低消耗能源管理周邊節約主機板的空間。這些包括一個1.8V的低靜態電流（lq）200mA的降壓調節器，3.2V的低靜態電流100mA低壓差線性穩壓器（LDO），2.0V“永遠打開”50μA LDO，+5V安全輸出LDO，6.6V低Lq120μA電荷泵，甚至5V到17V的輸出激增轉換器可支持廣泛種類的顯示選項。

　　bq25100和MAX14676/76A都能與無線電力接收器/發射器搭配，提供可穿戴設備設計的無線充電能力。

　　Qi-Compliant無線充電方案

　　無線充電由于其便捷性變得很受穿戴設備的歡迎。和傳統線性充電方式相比，消費者更傾向于直接把智能手表放在無線充電基座上，而不是到處找充電線和插座并連接三者為智能手表充電。因此，許多的無線充電方案適用于種類豐富的產品。以下重點介紹了德州儀器的方案。

　　TI提供了一個無線充電方案的前沿設計，TIDA-00318，可適用于低功率穿戴設備。這種方案可以搭配之前我們介紹過的bq25100單電池鋰電池線性充電器，和一個Qi compliant無線電源接收器來滿足整個Qi compliant無線充電方案。Qi是一個無線充電設備的國際互通標準；任何Qi認證的無線電源接收設備，如Moto 360 智能手表，能夠在有Qi認證的所有基座上完成充電。因此，任何執行TIDA-00318的可穿戴設備都該獲得Qi認證在Qi充電基座上工作。TIDA-00318為135mA充電規格而設計，而且體積很小，僅為5x15mm2。

　　對一個更小的可穿戴設備無線充電接收器方案，TI有TIDA-00329參考設計。它只有5.23mm x 5.48mm合并了你bq51003 Qi compliant無線電源接收器或bq51050B/51B Qi compliant 無線充電。這種微型設計能提供高達2W的電量。

　　在無線電源發射器上，或者可穿戴設備無線充電方案充電基座的一面，TI提供了TIDA-00334參考設計。在小型可穿戴設備發射器的設計上采用了bq500212A IC。微型usb連接器的電源是5V。低功率設計支持接收器的輸出功率高達2.5W。

　　TIDA-00334無線發射器參考設計陳列在一個30mm的區域內，匹配Wurth coil760308101103的圓直徑，只比一個15分美元或2歐硬幣大一點。

　　圖二：Wurth Elektronik‘s WE-WPCC 無線充電接受器線圈符合WPC的Qi標準。

　　電源管理

　　極低的電源轉換對實現可穿戴設備最佳的電源續航來說很危險。以下是一些最新的低功率產品或者高效直流-直流轉換產品。

　　TI的 TPS727xx系列，250mA LDOs 特色是有著極小的僅為7.9μA靜態電流，低流失（100mA典型電壓為65mV，200mA典型電壓為130mV，250mA典型電壓為163mV），寬輸出電壓和負載瞬態響應。LDO還有一個特點是有著高電源電壓抑制比（PSRR），在RF應用上有著1kHz 70dB的平穩表現，有著小的低成本的10μA陶瓷電容器。

　　如今TI推出的還有TPS82740B 200mA降低轉換模塊，在能提供95%的轉換率，在工作時僅消耗360nA lq，而安靜時更僅為70nA。小型模塊可用于完全整合，合并了交換調整器，感應器和輸入/輸出電容9-bump MicroSiP?組件，實現了僅6.7mm2大小的尺寸。

　　圖3： 低功率TPS82740x 360nA Micro SIP 降低轉換器模塊

　　遞增的或激增的轉換通常不如降壓轉換有效率。然而，加大電源電壓對系統中不同的電路來說很有必要，特別是演示。Maxim有新1A增壓器，MAX8627能使單電池鋰電池產生激增的輸出電壓從3V到5V，高達95%的轉換率只消耗20μA lq。硅谷實驗室現在有TS33x增壓器，擁有行業領導的低至150nA的lq。TS33x增加輸入電壓從0.9V到3.6V，并且有8個可選擇的范圍為1.8V到5V的輸出電壓。

　　藍牙，微控制器和其它低功率方案

　　事實上，系統中的所有東西都需要考慮到，當試圖延長可穿戴設備電池續航時。

　　一個常見的省電的方式就是關閉一些高耗電的功能，如在其他東西上處理顯示，比如智能手表，寫字板，或電腦。Bluetooth? Smart或者叫低耗藍牙，自動被加入大多數新智能手表中，因此是可穿戴設備無線交流方式標準。藍牙也可用于從智能手機傳送信息到智能手表，并且TI提供了一個“藍牙可穿戴手表發展系統”叫做 TI Meta Watch? 確保了相關手表設備的快速發展。Meta Watch SDK/API 使在手表上從手機應用或網絡服務上接受信息很容易。開發系統包括有顯示屏的智能手表，和一個3 ATM 防水不銹鋼外殼，皮帶表，礦石水晶鏡面，震動電機，三軸加速計，和環境光感應器。

　　圖4：德州儀器Meta Watch? Bluetooth? 可穿戴手表開發系統確保了“可連接手表”應用的快速發展。

　　Meta手表平臺已為低功率運行優化，基于TI16位的MSP430?超低功率的微控制器 （MCU）和CC2564藍牙主控器界面方案。

　　選擇MCU對可穿戴設備的電源管理很重要，高效的MCU能加速載入數據并迅速進入睡眠，保存電量。低能睡眠模式在系統不被使用時能有效減少電源消耗。可穿戴設備的設計者比之前有更多MCU的選擇，32位比16位更有成本競爭力。為成本和功率敏感的MCU優化的ARM’s Cortex-M series32位處理器核心已經能預見到在可穿戴市場的成功。從超低功耗的Cortex-M0 and M0到高性能的 Cortex-M7，ARM Cortex-M 系列可以提供能滿足不同需求的各種穿戴設備?；贏RM-Cortex-M系列的MCU如今許多廠商都可提供，包括德州儀器，和STMMicroelectronics，有著STM32 MCU巨大的生產線，包括STM32L1和L0 超低功耗MCU。

　　最后，一定要考慮到可穿戴設備中無數的傳感器的電源管理。傳感器技術的發展是加劇可穿戴市場發展的燃料。但是我們不能忘記傳感器的外圍電路。STMicro可用于有低功耗傳感器信號調理的可穿戴傳感器，通過提供QA4NP線組，每信道只消耗580nA的低功耗運算放大器（在1.8V的電源供給下）。

　　這只是一小部分，關于現在低耗管理技術，和產品如何協作，來創造能滿足有急切需求的可穿戴市場的超低電源系統。然而，認識到超低功耗設備不止足于穿戴設備很重要；新的低耗技術也能應用于其他的應用程序，那些很難保存電量的程序。