IC manajemen daya melayani perangkat IoT yang dapat dikenakan dan selalu aktif

Banyak fitur digabungkan untuk membuat perangkat wearable yang berguna. Faktor bentuk, desain, dan efisiensi energi sangat penting untuk mewujudkan perangkat yang tidak hanya melakukan tugasnya dengan benar tetapi juga nyaman, menarik, dan mudah digunakan, menawarkan cara baru untuk meningkatkan produktivitas, kesehatan, dan gaya hidup kita. Tujuan desainer perangkat yang dapat dikenakan dan Internet of things (IoT) yang selalu aktif adalah untuk memperpanjang masa pakai baterai sambil mengecilkan faktor bentuk, yang dapat dicapai dengan IC manajemen daya (PMIC) kecil yang sangat terintegrasi.

Akurasi penginderaan optik pada perangkat yang dapat dikenakan juga menjadi perhatian besar, yang dipengaruhi oleh berbagai faktor teknis, termasuk pilihan PMIC. PMIC berdaya sangat rendah mengintegrasikan arsitektur sirkuit yang mengoptimalkan sensitivitas pengukuran optik untuk aplikasi kesehatan. Sebagai contoh, PMIC baru memungkinkan sensitivitas tertinggi untuk penginderaan optik dalam faktor bentuk yang dikenakan di pergelangan tangan untuk pengukuran tanda vital yang lebih akurat.

Dalam beberapa tahun terakhir, jumlah sensor yang dapat dipakai yang beredar telah tumbuh secara eksponensial. Hal ini disebabkan oleh berbagai faktor mulai dari kenaikan biaya perawatan kesehatan hingga pertumbuhan “fanatik kesehatan” — gaya hidup yang ditandai dengan obsesi terhadap kesehatan. Apalagi berkat internet, konsumen kini memiliki akses yang mudah dan hampir tak terbatas terhadap informasi mengenai kesehatan mereka. Desain solusi andal di bidang medis yang dapat dipakai membutuhkan elektronik yang andal. Fungsionalitas tinggi yang dibutuhkan oleh perangkat seperti perangkat yang dapat didengar dan jam tangan pintar melibatkan konsumsi energi yang lebih tinggi.

Tren berkelanjutan menuju paket yang lebih kecil dan lebih tipis, pada gilirannya, membutuhkan generasi baru sirkuit manajemen daya terintegrasi yang memfasilitasi pengisian daya. Baterai konvensional yang sesuai dengan teknologi wearable, seperti sel lithium-ion (Li-ion), mungkin cocok untuk sensor dan perangkat wearable lainnya dengan permintaan daya rendah, tetapi baterai tersebut kesulitan untuk memenuhi persyaratan wearable berperforma tertinggi seperti ucapan dan pengenalan gerakan, pemantauan, dan penginderaan.

Desain papan sirkuit tercetak (PCB) untuk perangkat yang dapat dikenakan memerlukan banyak pertimbangan baik untuk pilihan bahan maupun tata letak yang benar sesuai dengan persyaratan kompatibilitas elektromagnetik. PCB yang dapat dikenakan memerlukan kontrol impedansi yang lebih dekat, yang merupakan elemen penting dari tata letak yang menghasilkan perambatan sinyal yang lebih bersih.

arsitektur PMIC

Arsitektur perangkat yang dapat dikenakan pada umumnya mencakup system-on-chip (SoC), memori, layar, sensor, dan blok manajemen daya. Sistem manajemen daya yang khas mencakup pengisi daya, berbagai konverter uang, dan regulator putus-putus rendah (LDO) untuk koneksi Bluetooth/Wi-Fi. Dalam jam tangan pintar, misalnya, tantangan desain pada dasarnya adalah manajemen disipasi dan ukuran baterai. Semua ini melibatkan pemilihan perangkat PMIC yang tepat.

Sebagian besar sistem memerlukan pengisi daya dan berbagai keluaran yang diatur untuk fungsi sirkuit umum — misalnya, bus suplai 3,3-V dan 1,2-V untuk mikrokontroler dan protokol komunikasi.

Pemuat linier terintegrasi yang sangat dapat dikonfigurasi di PMIC mendukung berbagai macam baterai Li-ion dan mencakup pemantauan suhu baterai untuk keamanan tambahan. I ² . dua arah Antarmuka C memungkinkan desainer untuk mengkonfigurasi dan memantau status perangkat. Arsitektur PMIC juga mencakup pengontrol dengan fungsi pengawasan.

Sistem catu daya dengan konverter buck dan boost adalah yang paling efisien. Regulator linier bertegangan rendah dan putus-putus lebih disukai untuk perangkat dengan kebisingan rendah, tetapi efisiensi energi dapat menjadi faktor penting. Sistem pasokan yang optimal diwakili oleh penggunaan eksklusif catu daya switching. Kelemahan dari pendekatan ini adalah bahwa setiap sakelar memerlukan induktor, sehingga meningkatkan ruang PCB dan ukuran perangkat yang dapat dikenakan.

Akibatnya, sirkuit memerlukan solusi manajemen daya tunggal yang mengintegrasikan berbagai bus daya menggunakan arsitektur input tunggal, output ganda (SIMO). Dengan menyediakan beberapa keluaran, pendekatan SIMO, bersama dengan arus siaga rendah dari pengontrol, memperpanjang masa pakai baterai dari desain yang dapat dikenakan. Regulator menyediakan energi dengan kerugian minimal, dan arsitektur menghilangkan beberapa komponen duplikat sekaligus menghemat tagihan material.

Salah satu contohnya adalah Maxim Integrated's MAX20310, sirkuit manajemen daya terintegrasi yang menggabungkan dua output buck-boost SIMO dengan dua LDO dan fitur manajemen daya lainnya seperti pengontrol urutan. Regulator linier juga dapat berfungsi sebagai sakelar daya yang dapat memutuskan beban periferal sistem yang tidak aktif ( Gbr. 1 ) untuk meningkatkan efisiensi.

Gbr 1:Diagram blok MAX20310. (Gambar:Maxim Integrated)