摘要：隨著智能手表、TWS耳機(jī)、AR/VR眼鏡等智能穿戴設(shè)備的蓬勃發(fā)展，續(xù)航短、發(fā)熱大、體積受限已成為產(chǎn)品經(jīng)理和工程師面臨的核心挑戰(zhàn)。本文深入探討了智能穿戴設(shè)備的電源管理痛點(diǎn)，并給出了PMIC選型的核心技術(shù)指標(biāo)與解決方案，旨在幫助開發(fā)者設(shè)計(jì)出更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。

電源管理IC

一、智能穿戴設(shè)備的電源管理核心挑戰(zhàn)

1、極致低功耗需求：設(shè)備大部分時(shí)間處于待機(jī)或睡眠模式，要求靜態(tài)電流(Ig)極低，任何微小的漏電都會(huì)顯著縮短續(xù)航。

2、有限的電池空間：電池容量和體積受到嚴(yán)格限制，需要通過(guò)高效的電源轉(zhuǎn)換來(lái)“榨干”每一份電能。

3、復(fù)雜的供電網(wǎng)絡(luò)：?jiǎn)卧O(shè)備需為MCU、藍(lán)牙芯片、傳感器、顯示屏等多個(gè)模塊提供多種不同電壓、電流的電源軌，系統(tǒng)復(fù)雜度高。

4、動(dòng)態(tài)功耗管理：設(shè)備在不同工作模式下(如待機(jī)、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、通話、亮屏)的功耗差異巨大，需要電源系統(tǒng)能夠快速、平滑地切換狀態(tài)。

5、小型化與集成化：有限的PCB 空間要求電源管理方案必須高度集成，以減少外圍元件數(shù)量與整體占板面積。

二、優(yōu)質(zhì)PMIC的選型關(guān)鍵指標(biāo)

面對(duì)以上挑戰(zhàn)，一顆優(yōu)秀的PMIC已成為智能穿戴設(shè)備成敗的關(guān)鍵。在選擇時(shí)，請(qǐng)重點(diǎn)關(guān)注以下指標(biāo)：

超低靜態(tài)電流(Iq)：這是衡量PMIC自身功耗的關(guān)鍵。在設(shè)備待機(jī)時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的功耗可能就由PMIC的Iq決定。理想值應(yīng)在微安(A)甚至納安(nA)級(jí)別。

高轉(zhuǎn)換效率：尤其是輕載效率。因?yàn)樵O(shè)備大部分時(shí)間處于低負(fù)載狀態(tài)輕載效率的高低對(duì)整體續(xù)航影響巨大。

高度集成度：集成多種降壓轉(zhuǎn)換器(Buck)、升壓轉(zhuǎn)換器(Boost)LD0、電池充電管理、電量計(jì)、負(fù)載開關(guān)等，可實(shí)現(xiàn)“一顆芯片解決所有電源問題”。

靈活的動(dòng)態(tài)電壓頻率縮放(DVFS)：能夠根據(jù)處理器負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電壓，以實(shí)現(xiàn)功耗與性能的最佳平衡。

小巧的封裝形式：WLCSP、BGA等先進(jìn)封裝能在提供更多功能的同時(shí)保持極小的占板面積。

三、解決方案與設(shè)計(jì)實(shí)踐

1、多模式控制與自動(dòng)PSM：

采用多模式控制的PMIC，在重載時(shí)采用PWM模式以保證效率，在輕載時(shí)自動(dòng)切換到PFM或PSM(脈沖跨周期調(diào)制)模式，大幅降低輕載Iq。

高度集成的“All-in-0ne”方案：

選擇一顆高度集成的PMIC，可以：

簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)：減少外圍元件，降低BOM成本和PCB設(shè)計(jì)難度。

節(jié)省空間：極大縮小電源方案的總體積，為電池或其他功能騰出空間。

優(yōu)化功耗：芯片內(nèi)部電源軌的協(xié)同管理優(yōu)于分立方案，能實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的整體能效。

以Hotchip HT系列HT8836J PMIC 為例：

該系列芯片專為空間和功耗極度敏感的智能穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)。

超低功耗：靜態(tài)電流低至3.5μA，顯著延長(zhǎng)設(shè)備待機(jī)時(shí)間。

高度集成：?jiǎn)涡酒闪?路高效Buck、1路Boost、4路LD0、線性電池充電器及實(shí)時(shí)電量計(jì)，極大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

卓越效率：采用先進(jìn)工藝與控制算法，輕載效率高達(dá)85%+，滿足常開傳感器供電需求。

小巧封裝：采用2.3mmx2.3mm WLCSP 封裝，是同類產(chǎn)品中尺寸最小的解決方案之一。

3、智能軟件配置:

通過(guò) I2C/SPI接口，主控MCU可實(shí)時(shí)配置PMIC的輸出電壓、開關(guān)狀態(tài)、工作模式等，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的動(dòng)態(tài)電源管理，應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景。

四、結(jié)論

為智能穿戴設(shè)備選擇PMIC，不再僅僅是選擇一個(gè)電源芯片，而是選擇一整套功耗、體積、成本與開發(fā)效率的終極解決方案。工程師應(yīng)摒棄傳統(tǒng)分立電源的思路，轉(zhuǎn)向采用高度集成、超低靜態(tài)電流、高效率的先進(jìn)PMIC，從而在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中打造出續(xù)航更長(zhǎng)、體積更小、體驗(yàn)更佳的產(chǎn)品。

審核編輯 黃宇