在便攜設(shè)備追求多功能融合的當(dāng)下，續(xù)航仍是穿戴設(shè)備及便攜影像系統(tǒng)的核心瓶頸。如今，智能手表、手環(huán)等穿戴設(shè)備不僅要實(shí)現(xiàn)心率、血氧等PPG健康監(jiān)測(cè)，還要搭載多元功能；便攜影像設(shè)備則在追求高清拍攝、快速對(duì)焦與光學(xué)防抖的同時(shí)，不斷向輕薄化、小型化升級(jí)。功能的疊加使得設(shè)備功耗持續(xù)攀升，而受限于便攜性要求，設(shè)備內(nèi)置電池的容量難以大幅提升，傳統(tǒng)電源方案的短板愈發(fā)凸顯，續(xù)航不足已成為制約用戶體驗(yàn)、阻礙行業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵因素，如何在有限電量下實(shí)現(xiàn)更持久的穩(wěn)定運(yùn)行，成為行業(yè)亟待解決的核心難題。

艾為電子推出全新超低功耗Buck-Boost AWP3770X系列芯片，從靜態(tài)功耗、轉(zhuǎn)換效率到動(dòng)態(tài)適配性全面優(yōu)化。精準(zhǔn)破解傳統(tǒng)方案靜態(tài)功耗高、轉(zhuǎn)換效率不足、動(dòng)態(tài)適配性弱等痛點(diǎn)，為智能終端提供高效、穩(wěn)定、低噪的電壓輸出解決方案。

一、PPG供電痛點(diǎn)及解決方案

低 VF LED 倒逼電源方案升級(jí)

在可穿戴設(shè)備中，PPG（光電容積脈搏波）技術(shù)已廣泛用于心率、血氧監(jiān)測(cè)。為進(jìn)一步降低整機(jī)功耗，行業(yè)正逐步采用低正向電壓（VF）LED，使得 PPG 模組的工作電壓從傳統(tǒng) 4.5V 降至 3.5V。但手表內(nèi)置鋰電池滿電電壓約 4.2V，明顯高于模組實(shí)際供電需求。傳統(tǒng) Boost 升壓電路無法實(shí)現(xiàn)降壓，無法滿足這種既需要降壓又需要升壓的寬電壓供電需求。

兼具升降壓能力的Buck?Boost 架構(gòu)因此成為更合適的選擇，它可根據(jù)電池剩余電量靈活調(diào)節(jié)輸出電壓，確保設(shè)備在全電量區(qū)間穩(wěn)定運(yùn)行，完美適配低 VF LED的供電要求。

持續(xù)點(diǎn)亮帶來的續(xù)航壓力及解決方案

PPG 功能依靠 LED 發(fā)光與光電二極管接收信號(hào)協(xié)同工作，即便 LED 采用低頻間歇點(diǎn)亮方式，長(zhǎng)期佩戴下累計(jì)功耗依然偏高，直接制約穿戴設(shè)備續(xù)航。同時(shí)，LED 每次點(diǎn)亮帶來的瞬時(shí)電流沖擊，極易引發(fā)供電電壓跌落；而 PPG采樣具備高精度特性，電壓跌落時(shí)會(huì)導(dǎo)致采樣數(shù)據(jù)失真，迫使系統(tǒng)延長(zhǎng)點(diǎn)亮?xí)r間以保證數(shù)據(jù)采樣精準(zhǔn)。且在負(fù)載跳變穩(wěn)定后，又要求供電紋波在多次采樣期間保持高度一致，紋波差異過大會(huì)直接導(dǎo)致采樣數(shù)據(jù)一致性變差。

可見，PPG 對(duì)供電端的兩大核心挑戰(zhàn)：

一是負(fù)載跳變響應(yīng)速度要快。

二是負(fù)載跳變穩(wěn)定后紋波一致性要好，這兩點(diǎn)直接決定穿戴設(shè)備的續(xù)航能力與監(jiān)測(cè)精度。

針對(duì)上述嚴(yán)苛需求，AWP3770X系列展現(xiàn)出優(yōu)異性能：負(fù)載跳變恢復(fù)時(shí)間可控制在 10μs 內(nèi)，優(yōu)于行業(yè)常見的 15μs 以上水平；多次跳變后紋波偏差仍保持在 10mV 以內(nèi)，顯著優(yōu)于同類產(chǎn)品 25mV 以上的典型表現(xiàn)。憑借快速響應(yīng)與出色紋波控制，該方案可有效提升續(xù)航表現(xiàn)與監(jiān)測(cè)精度，高度匹配 PPG 應(yīng)用的供電需求。

圖1 AWP3770X動(dòng)態(tài)跳變結(jié)果

二、VCM供電痛點(diǎn)及解決方案

固定電壓供電導(dǎo)致的能量浪費(fèi)及解決方案

在影像系統(tǒng)中，傳統(tǒng)VCM（音圈馬達(dá)）多采用固定高電壓的LDO供電方案。由于VCM負(fù)載阻抗固定，其工作電流隨AF（自動(dòng)對(duì)焦）/OIS（光學(xué)防抖）工況動(dòng)態(tài)變化——在低電流工作場(chǎng)景下，VCM實(shí)際所需的供電電壓本應(yīng)同步降低，但固定高壓供電方式仍持續(xù)輸出額定高電壓，導(dǎo)致多余電壓轉(zhuǎn)化為無效功耗。這不僅加劇系統(tǒng)發(fā)熱，還直接縮短設(shè)備續(xù)航。

因此，采用動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)方案，使供電電壓實(shí)時(shí)匹配馬達(dá)工作電流，從根源上消除能量浪費(fèi)，已成為VCM供電設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)。

圖2 傳統(tǒng)VCM供電方案

針對(duì)影像系統(tǒng)中傳統(tǒng) VCM 固定電壓供電的能效瓶頸，艾為推出AWP37702 Buck-Boost 動(dòng)態(tài)供電芯片，提供高效易落地的解決方案。相比傳統(tǒng)方案，動(dòng)態(tài)調(diào)壓供電具備兩大核心優(yōu)勢(shì)：

一方面，供電電壓可根據(jù)馬達(dá)實(shí)際工作電流動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，從源頭降低無效功耗。芯片實(shí)時(shí)跟隨AF/OIS控制信號(hào)，靈活調(diào)整輸出電壓，精準(zhǔn)匹配馬達(dá)實(shí)時(shí)電流需求，避免固定高壓造成的能量浪費(fèi)，在不影響對(duì)焦速度與防抖性能的前提下，有效降功耗、減發(fā)熱、延續(xù)航。

另一方面，Buck-Boost 開關(guān)架構(gòu)在效率上顯著優(yōu)于傳統(tǒng) LDO。傳統(tǒng)LDO采用線性降壓，壓差較大時(shí)效率偏低、發(fā)熱明顯；而AWP37702采用開關(guān)型 Buck-Boost 架構(gòu)，電源轉(zhuǎn)換效率更高。以 4V 轉(zhuǎn) 3.3V/0.2A 工況下效率可達(dá) 95%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng) LDO 約 82.5% 的水平。

實(shí)際測(cè)試表明，相較于傳統(tǒng)固定電壓方案，基于AWP37702的 VCM 動(dòng)態(tài)調(diào)壓供電可實(shí)現(xiàn)平均約33%的功耗節(jié)省，是新一代影像系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)的理想選擇。

圖3 VCM動(dòng)態(tài)調(diào)壓供電方案

圖4 VCM傳統(tǒng)供電方案VS動(dòng)態(tài)調(diào)壓方案功耗效果

AWP3770X產(chǎn)品介紹

l 輸入電壓范圍：2.2V ~ 5.5V

l 輸出電壓范圍：2.025V ~ 5.2V（AWP37701Z）

1.4V ~ 4.575V（AWP37702）

l 超低靜態(tài)電流：2.8μA

l 超低關(guān)斷電流：0.3μA

l 支持動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)控制

AWP37701Z斜率：1V/ms, 2.5V/ms, 5V/ms,10V/ms

AWP37702斜率：2V/ms, 5V/ms, 10V/ms,20V/ms

l 自動(dòng)選擇 PFM 模式和強(qiáng)制 PWM 模式

l 高達(dá) 1MHz 的 I2C 接口（支持1.2V I/O電平）

l 最大連續(xù)輸出電流：

VIN ≥ 2.2V, VOUT = 3.5V 時(shí)，IOUT最高可達(dá) 0.8A

VIN ≥ 2.5V, VOUT = 3.5V 時(shí)，IOUT最高可達(dá) 1A

VIN ≥ 3.3V, VOUT = 3.5V 時(shí)，IOUT最高可達(dá) 1.5A

l 小型化方案：WLCSP 1.3mm×1.3mm-9B芯片+ 0603電感（1.6mm×0.8mm），可滿足1.5A帶載需求

圖5 AWP3770X封裝信息

圖6 AWP3770X典型應(yīng)用圖

從可穿戴設(shè)備 PPG 精準(zhǔn)供電，到影像系統(tǒng) VCM 動(dòng)態(tài)調(diào)壓，艾為 AWP3770X 系列 Buck-Boost 芯片以更低靜態(tài)功耗、更快瞬態(tài)響應(yīng)、更高轉(zhuǎn)換效率，切實(shí)解決便攜設(shè)備續(xù)航與性能的雙重難題。在終端產(chǎn)品持續(xù)向輕薄化、多功能化升級(jí)的趨勢(shì)下，高效電源方案已成為提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵一環(huán)。未來，艾為也將持續(xù)深耕電源技術(shù)，以更優(yōu)質(zhì)的器件與方案，為穿戴、影像及更多智能終端場(chǎng)景注入持久動(dòng)力。