PMIC Berkinerja Tinggi Mengaktifkan Wearable dan Perangkat IoT Selalu Nyala

Merancang wearable yang selalu berjalan membutuhkan campuran bentuk kompak, estetika yang rapi, dan yang paling kritis, efisiensi daya. Untuk memenuhi permintaan ini, para insinyur berfokus pada IC manajemen daya (PMIC) yang kecil dan sangat terintegrasi yang memperpanjang umur baterai sambil menjaga perangkat tetap ringan dan nyaman. IC ini memungkinkan operasi berkelanjutan, pengumpulan data yang mulus, dan konektivitas yang andal—kunci untuk wearable yang melacak metrik kesehatan atau terhubung ke Internet of Things (IoT).

Akurasi pengendalian optik, sumbu banyak wearable kesehatan, sangat bergantung pada arsitektur daya yang mendasarinya. PMIC ultra-hemat daya dirancang untuk meminimalkan kebisingan dan mengoptimalkan regulasi tegangan, sehingga meningkatkan sensitivitas pengukuran optik seperti pletismografi jari (PPG) dan pengukuran optik lainnya. Dalam bentuk terselap di pergelangan tangan, ini berarti pembacaan tanda vital yang lebih akurat, bahkan selama gerakan atau kondisi cahaya lingkungan yang bervariasi.

Dalam satu dekade terakhir, jumlah sensor wearable telah lonjak, didorong oleh biaya perawatan kesehatan yang meningkat, pertumbuhan “pecinta kesehatan,” dan proliferasi data kesehatan online. Seiring pertumbuhan harapan konsumen akan wawasan yang segera dapat ditindaklanjuti, kebutuhan akan elektronik yang andal yang dapat mempertahankan permintaan daya yang lebih tinggi juga tumbuh—terutama untuk fungsi canggih seperti pengenalan suara, kontrol gerakan, dan pemantauan berkelanjutan.

Sel Li-ion tradisional masih melayani wearable daya rendah, tetapi mereka berjuang untuk memenuhi kepadatan daya yang diperlukan oleh perangkat berkinerja tinggi. Oleh karena itu, industri bergerak menuju paket yang lebih kecil, lebih tipis, dan sirkuit manajemen daya terintegrasi generasi berikutnya yang mendukung pengisian daya cepat, konversi tegangan yang efisien, dan pemantauan keselamatan komprehensif.

Desain PCB untuk wearable harus menyeimbangkan pemilihan bahan dengan persyaratan kompatibilitas elektromagnetik (EMC). Kontrol impedansi yang ketat dan perutean jejak yang teliti esensial untuk memastikan propagasi sinyal yang bersih, mengurangi gangguan, dan mempertahankan integritas perangkat secara keseluruhan.

Arsitektur PMIC

Arsitektur wearable tipikal mengintegrasikan SoC, memori, layar, sensor, dan blok manajemen daya. Sistem daya biasanya mencakup charger, pengonversi buck, dan regulator dropout rendah (LDO) untuk menyuplai modul Bluetooth atau Wi-Fi. Tantangan desain utama melibatkan dissipasi panas dan pengukuran baterai, keduanya bergantung pada pemilihan PMIC yang tepat.

Sebagian besar sistem memerlukan charger dan beberapa output terregulasi—misalnya, bus suplai 3,3-V dan 1,2-V untuk mikrokontroler dan antarmuka komunikasi. Beban linier yang dapat dikonfigurasi dalam PMIC mendukung berbagai kimia Li-ion dan termasuk pemantauan suhu baterai untuk keamanan tambahan. Antarmuka I²C dua arah memungkinkan desainer untuk mengonfigurasi dan memantau status perangkat, sementara pengawas terintegrasi memastikan operasi yang andal.

Regulator switching (buck dan boost) memberikan efisiensi tertinggi, sedangkan LDO tegangan rendah disukai untuk aplikasi rendah kebisingan. Rantai pasokan optimal sering mengandalkan suplai switching secara eksklusif, tetapi setiap switch memerlukan induktor, yang dapat menambah luas PCB dan ketebalan perangkat.

Untuk menyejajarkan batasan ini, banyak desain mengadopsi arsitektur input-tunggal, output-banyak (SIMO) yang menggabungkan beberapa bus daya ke dalam satu IC. PMIC SIMO menyediakan beberapa rel terregulasi sambil menjaga arus standby rendah, memperpanjang umur baterai dan mengurangi daftar biaya bahan dengan menghilangkan komponen redundan.

Misalnya, MAX20310 Maxim Integrated mengintegrasikan dua output buck-boost SIMO, dua LDO, dan pengontrol sekuensi. Regulator linernya dapat berfungsi sebagai saklar daya, memutuskan periferal yang tidak aktif untuk meningkatkan efisiensi keseluruhan (lihat Fig. 1).

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