作者:Roger Yeung
Maxim Integrated移動方案事業(yè)部執(zhí)行業(yè)務(wù)經(jīng)理
愛也好，恨也好，電動滑板車現(xiàn)在已經(jīng)成為全球各個城市的一道風景線。這種兩輪車已經(jīng)不僅僅是兒童玩具，而被認為是連接“最后一公里”的有效途徑，比如地鐵和辦公室之間。同樣，共享電動自行車也大幅增加。
電動滑板車和電動自行車都具有導航定位功能，使消費者能夠找到距離最近的可用車輛。當然，它們只是具有位置跟蹤功能的新型移動或可穿戴IoT產(chǎn)品的例子。
據(jù)Gartner預測，到2020年全球?qū)碛?04億部IoT設(shè)備, 而Business Insider提供的數(shù)據(jù)則更高，預測到2025年將擁有超過640億部IoT設(shè)備. 連接到互聯(lián)網(wǎng)的小型設(shè)備或物件還包括寵物和人員跟蹤器、行李和防盜裝置。
在這些空間受限的產(chǎn)品中增加位置跟蹤能力，電源管理尤其具有挑戰(zhàn)性。我們在本文主要討論電源的設(shè)計挑戰(zhàn)，以及如何克服。
圖1. 電動滑板車和其他位置跟蹤IoT設(shè)備為電源管理設(shè)計提出了挑戰(zhàn)，單電感多輸出(SIMO)電源架構(gòu)是這類設(shè)計的有效方案。
GNSS的供電要求
任何低功耗應(yīng)用都面臨以下嚴峻挑戰(zhàn)：
- 小尺寸PCB面積
- 管理散熱
- 延長電池壽命
- 應(yīng)對噪聲影響
- 多電源軌
- 快速上市
將導航功能增加到設(shè)備中，必須滿足不同制式的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)較寬范圍的供電要求。在美國使用全球定位系統(tǒng)(GPS)，歐洲有Galileo，日本有QZSS，俄羅斯有GLONASS。GNSS發(fā)出的衛(wèi)星廣播消息(L1信號)包括衛(wèi)星的識別簽名碼、位置以及時間。接收器憑借該信號，利用收到的至少3-4顆衛(wèi)星信號確定位置、計算距離。整個過程可能需要數(shù)秒(熱啟動條件下)到數(shù)分鐘(冷啟動)時間不等。GPS是公認的電老虎，與用戶設(shè)計的低功耗設(shè)備需求相悖。
熱啟動操作的優(yōu)勢顯而易見，而我們在此討論的產(chǎn)品的位置跟蹤功能將持續(xù)不斷地消耗大量電池能量，因為這是一項計算密集型工作。在Quora上，Google的一名軟件工程師是這樣回答關(guān)于智能手機上GPS和電池使用情況的問題的：
“支持GPS功能的代價非常大，因為它是一個非常慢的通信通道——需要長時間與3、4顆衛(wèi)星進行通信，速率為50比特每秒。不同于其他通信機制中的時分方法，它需要在任何通信期間保持天線供電。更糟的是，當GPS打開時，系統(tǒng)無法進入休眠狀態(tài)。Android和iPhone等移動設(shè)備之所以能夠?qū)崿F(xiàn)其電池續(xù)航時間，很大程度上是因為能夠非常有效地快速進入或退出休眠狀態(tài)。GPS則阻礙了這種操作?！?/p>
許多手機為了提高定位精度，同時支持GLONASS和GPS定位。但是，一般只有在GPS信號弱時才激活GLONASS——延長手機電池壽命的一種方法。
盡可能避免笨重電感
那么，如何在降低小尺寸IoT設(shè)備功耗的同時仍然支持連續(xù)、高精度的位置跟蹤呢？您的電源轉(zhuǎn)換器架構(gòu)能夠起到一定作用。放棄傳統(tǒng)的多路獨立DC-DC的方案，考慮使用單電感多輸出(SIMO)電源轉(zhuǎn)換器架構(gòu)。SIMO架構(gòu)通過減少傳統(tǒng)方案中笨重、昂貴的電感數(shù)量，節(jié)省了空間并提高效率，可有效延長電池壽命。
MAX77654超低功耗電源管理IC是Maxim SIMO產(chǎn)品線中的最新方案之一，器件集成了1個SIMO升/降壓調(diào)節(jié)器、2路低壓差穩(wěn)壓器(LDO)和1路可高度可配置的線性充電器。圖2所示為MAX77654方框圖。器件的升/降壓調(diào)節(jié)器提供高達500mA的總輸出電流，所有SIMO通道的輸出電壓范圍為0.8V至5.5V。500mA輸出電流對于此處討論的問題至關(guān)重要。因為位置跟蹤設(shè)備通過接入更多衛(wèi)星來消除死區(qū)，需要更大的計算量，從而要求如此大的輸出電流。MAX77654還具有如下特性，非常適合位置跟蹤設(shè)備，例如耳戴式設(shè)備、可穿戴設(shè)備及其他小尺寸IoT應(yīng)用：
- 低功耗(6μA @ 使能3路SIMO通道和2路LDO時)
- 高效率(降壓模式下高達91%)
- 小尺寸(2.79mm x 2.34mm x 0.5mm)
圖2. MAX77654方框圖。
利用單一芯片即可覆蓋終端設(shè)備上多路電源軌的要求！當您規(guī)劃下一款位置跟蹤或其他小尺寸IoT設(shè)備時，可以借助SIMO電源轉(zhuǎn)換器架構(gòu)達到您的設(shè)計目標。
來源：maximintegrated.com
