動態(tài)電壓調(diào)節(jié)如何節(jié)省可穿戴設(shè)備的功耗

您的光學(xué)傳感可穿戴設(shè)備是否在各種測量條件下提供連續(xù)、實時的監(jiān)測，從而盡可能節(jié)省功率？您可能已經(jīng)將設(shè)備設(shè)計為適應(yīng)不同的用例。很有可能，您還在可穿戴設(shè)備中內(nèi)置了調(diào)諧電流的能力，以在設(shè)備工作時最大限度地減少電流消耗。但是想象一下，如果你有一種方法可以同時動態(tài)調(diào)整電壓電平，你可以節(jié)省多少電力。

一些簡單的例子（通過簡單的數(shù)學(xué)）展示了額外節(jié)能的潛力。光學(xué)傳感系統(tǒng)設(shè)計用于在更具挑戰(zhàn)性、不利的測量條件下運行。例如，從在陽光和陰影點綴的小徑上大汗淋漓的跑步者那里捕獲生命體征測量值將比在溫控辦公室內(nèi)的辦公桌前工作的人更具挑戰(zhàn)性。在更具挑戰(zhàn)性的條件下，旨在捕獲更準(zhǔn)確、更連續(xù)的心率測量的光學(xué)傳感器算法需要將 LED 電流調(diào)高到其最高額定值，以實現(xiàn)更好的信噪比 （SNR）。典型的光學(xué)檢測電路將具有一個與由電壓V驅(qū)動的光學(xué)模擬前端（AFE）串聯(lián)的LED。發(fā)光二極管.對于我們的簡化示例，讓我們看一個基于綠色 LED 的系統(tǒng)，其中 VLED LED 和 AFE 鏈的電源固定為 5V。假設(shè)在最高額定電流（100mA）下，LED兩端的正向壓降為4V，這在光學(xué)AFE上留下了1V壓降。

VLED = 5V

VF = 3V at 5mA

VDRV = 2V

現(xiàn)在，讓我們想象一下這個系統(tǒng)在有利的測量條件下 - 例如當(dāng)人在辦公桌前工作或睡覺時。在這種情況下，該算法將顯著降低光學(xué)傳感器電流。在較低的電流（例如5mA）下，LED兩端的正向壓降將降至3V，從而在光學(xué)AFE兩端留下2V。

VLED = 5V

VF = 3V at 5mA

VDRV = 2V

在較低的電流下，AFE正確運行所需的電壓（其順從電壓）下降。給定固定 5V 接 V 電壓發(fā)光二極管，但是，V.DRV實際上比在不利條件下時要高。假設(shè)AFE的順從電壓為VDRV_COM= 0.16V;這種情況使AFE兩端產(chǎn)生超過1.84V的電壓。因此，系統(tǒng)的功耗比實際需要的多1.84V x 5mA。

可穿戴設(shè)備可連續(xù)、實時地監(jiān)測心率等生命體征，可在不同的條件和用例下可靠運行。動態(tài)電壓調(diào)節(jié)可以補充其他技術(shù)，以最大限度地降低功耗并延長電池壽命。

基本上，任何使用固定V的系統(tǒng)發(fā)光二極管需要針對不利條件進行擴展的架構(gòu)最終會在有利條件下消耗過多的功率。但是如果 V發(fā)光二極管是否由具有動態(tài)電壓調(diào)節(jié) （DVS） 的穩(wěn)壓器設(shè)置？然后，V發(fā)光二極管可以與當(dāng)前設(shè)置一起向上或向下調(diào)整，從而最大限度地降低功耗。系統(tǒng)可以調(diào)整V發(fā)光二極管以在適當(dāng)?shù)挠嗔肯伦钚』總€當(dāng)前設(shè)置的以下表達(dá)式。

VLED – (VF + VDRV_COM)

即使使用簡單的查找表方法，將電壓設(shè)置為適當(dāng)?shù)奶囟娏鞣秶部梢燥@著節(jié)省功耗，從而延長可穿戴設(shè)備的電池壽命。

計算節(jié)能

DVS可能節(jié)省的功率應(yīng)該是顯著的，特別是當(dāng)您考慮到大多數(shù)可穿戴設(shè)備僅在相對較短的時間內(nèi)在不利的測量條件下佩戴時。當(dāng)然，不同的血液灌注水平、皮膚類型和用例會影響實際節(jié)省多少。為了說明這一點，請看一下這個典型場景：

LED 脈沖電流 = 38.9mA

脈沖占空比在117sps時為100μs，為1.17%

降壓-升壓效率 = 95%

假設(shè)這些參數(shù)在 4 小時周期中適用于 24 小時。如果我們可以在 1V 下實現(xiàn) DVS 節(jié)省，我們可以按如下方式計算電池節(jié)省：

1V × 38.9mA × 1.17% × 95% × 4 小時 = 1.73mWHr 每天 24 小時

對于 100mAHr 電池 （370mWHr），使用 4 天可節(jié)省 67.10% 的電量。這個例子沒有考慮一整天中的其他 20 個小時。

Maxim提供帶DVS的電源管理IC，用于24/7全天候監(jiān)控可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。MAX20345包括具有超低靜態(tài)電流的穩(wěn)壓器、線性電池充電器、三個支持DVS的降壓穩(wěn)壓器、三個低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器和一個降壓-升壓穩(wěn)壓器。因此，如果您渴望從可穿戴設(shè)備中節(jié)省更多電力，那么該技術(shù)可以幫助您實現(xiàn)這一目標(biāo)。

審核編輯“郭婷