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• 智能穿戴设备设计要点与难点

电源管理、电池管理类(共26条问答,由TI 电源电池专家Richard Tang整理提供)

讨论话题:选型设计、快充及无线充电、LDO设计、电池寿命

1. 如何为可穿戴设备选用更准确的电量计?

答:电量计首先需要确认产品需要的精度性能要求。TI在电量计算法方面一直处于业界领先,可以提供从高到低各种性能的方案,比如BQ27621/BQ27421/BQ27220等。

  

2. 目前TI提供的某些电源方案,元器件是否太多,成本和面积是否会增加很多?

答:TI的方案的特点就是封装小,效率高,外围器件少啊。当然,充电芯片相对多一些,因为功能更复杂。另外也有微型模块电源,比如TPS8267x,TPS8269x等系列

 

3. 超低静态功耗LDO有哪些型号推荐?

答:主要是TPS782xx序列,可以根据需要的输入输出选择。如果电压范围小一些,TPS760xx序列也是可以的。

 

4. 个人觉得目前市场上的升压方案的总不太好,效率比较低,功率也不能大,所以一般都采用的降压方案。当然是LDO用的最多。是这样吗?

答:不能一概而论!LDO只有在输入输出压差很小的情况下效率才高,升降压目前效率做到90%以上已是比较普遍的了

 

5. 请问锂电池每节电池均衡电流,一般多少节节锂电池需要在外围搭搭三极管?

答:这主要根据客户对产品的要求,但是从成本来讲,4节以内很少专门做均衡的,电芯组合时的匹配一致性更重要。对于多节电池来讲,很多方案都是内置被动均衡方案的,通常是几个mA到十几个mA。如果有更大的均衡要求,那么才需要采用外部均衡方式。是否需要均衡主要依赖于电池的一致性,还有电池的容量等。

6. 手环平时工作、休眠的时间是怎么分配?这个与整体功耗有很大的关系。

答:这个其实差异很大,取决于对于产品功能的划分,产品的定义,客户的体验的一个综合权衡,在于使己方的策略。因为休眠期间有些功能会被关闭,或者降低性能等。

7. 手环的充电接口有的是拔下来USB充电,有的是接触点充电,有更合适的充电接口方案吗?这样使用方便些?

答:USB充电其实占用空间很大,而触点的话很容易被腐蚀,其实最佳的接口是无线充电,可以完全密封,但是这个对于总体产品的设计更为挑战。

 

8. 电池有没有一个大概寿命,电量快用完时有没有提示?

答:行业内对电池寿命是有定义的,比如容量衰减到初始容量的60%,提示部分自己可以做的!呵呵,如果采用TI的电量计量方案的话,芯片直接就提供相应的信息的。

  

9. 在智能穿戴设备中使用纽扣电池,使用寿命有多长?电池坏了能更换吗?

答:使用寿命还是取决于整体的系统功耗还有电池容量,钮扣电池的电压平台低一些,那么升压的需求多一些,可能效率上面会有一些弱势。至于电池能否更换在于整体系统的ID设计。看使用场景,使用半年应该没问题。

  

10. 电池寿命在智能穿戴设备中是硬伤,有针对这部分功耗方面的建议吗?

答:电池本身的功耗其实非常低。主要的硬伤是电池的容量比较小,另外就是对应的整体的系统的功耗。所以,在空间结构已经限制住了电池的大小,从而限制住了电池的容量的前提下,想延长电池的使用寿命,只能尽可能的优化整体系统的功耗,从供电,从各功能模块的低功耗模式等。

 

11. 快充是否有损电池?

答:快充首先需要电池本身能够支持,如果电芯是普通电芯的话,快充是会损害电池的。另外,即使是支持快充的,在电池老化之后,还是继续快充也会加速电池老化。

 

12. 针对100mAH的小容量4.2V锂电池,推荐哪个充电IC?BQ21040的终止电流能做到多大,终止电流精度是多大?

答:推荐采用BQ25100BQ21040相对而已来讲过了。

 

13. 充电管理和电压调整用一颗IC解决,充电对象是单节锂电,稳压在3.0V,最大负载200mA,有木有这样的IC?

答:建议选择TPS65720x

  

14. TI的无线充电方案充电效率能达到多少?

答:发送或接收单独芯片效率可以做到93%,从发送输入端到接收的输出端,系统总的效率约75%

 

15. 针对可穿戴设备的无线充电,能否讲解一下?特别是小体积的,比如耳机 电动牙刷,TI这边有成功案例方案吗?

答:目前最小的2.5W无线充电接收端是BQ51003

 

16. 可否建议符合QI标注的无线充电评估套件?

答:TI 有大量的从2.5W 到 15W 的满足QI标准的无线充电方案,具体详情可以登录TI 网站无线充电主页

17. 无线充电发射端有什么方案?

答:若只是满足QI标准,BQ500212A 用的非常广,若是支持双模PMA和 Qi可以选用BQ51222。发射端的话,如果是5W,BQ50002A+BQ500511A组合最好,15W的可以用BQ501210

 

18. 穿戴设备无线充电效率怎么样?会存在过热问题吗?

答:我们的BQ51003单芯片的效率在90%以上,但是整体系统的效率大概在75%左右。发热的问题依赖于整体设计,主要损失在线圈的传输上面。

 

19. 可穿戴设备的无线充电,由于发射线圈也得使用小体积的,不能使用标准的TX线圈,是不是不能过Qi认证?或者没必要过Qi认证?

答:TX端选用标准的,RX接收端可以自行设计,可以过标准的。

 

20. 低功耗这方面,TI有提供了相当不错的产品。那么如何在电池和充电方面做工作,比如现在多采用USB 和插针式充电方式,充电时间长,可靠性不高,能否使用快充和无线充电,技术成熟度有多高?

答:快充和无线充电其实都可以,只要是电池可以支持,目前很多快充其实牺牲了电池的长期寿命。而且这些解决不了整体的功耗问题和电池的容量限制问题。

  

21. 可穿戴设备的静电有多可怕?

答:静电对所有半导体器件来讲都是致命的,若你的穿戴设备有外露端口,端口处必须添加静电防护器件,TI有大量0201封装的TVS静电防护管

 

22. 可否推荐一下小尺寸的DCDC用电感?

答:若是受限于PCB尺寸需要选用更小尺寸的电源方案,TI有专门的模块化电源TPS8267x 等系列

  

23. 集成电源芯片的开关频率多大?

答:TPS6274x序列在1.2M,TPS6109x序列是变化的,主要受L的影响还有输入输出的影响。TPS61046也在1M左右。

 

24. TPS61098系列与TPS61099最主要的区别是什么?

答:最大的差别是99 是输入可调的,98根据后缀不一样,输出电压是固定的。098支持两路输出和切断,099不能,但是099输出电压范围大一些,可以可靠的关断负载

 

25. LDO的驱动能力普遍偏小,用DCDC的话电感电容等外围占用面积又大,有没比较好的方案?

答:这个永远都是一个权衡,LDO现在也能达到150mA的能力了,再大,只能用DCDC,效率也才有保证。降低外部器件尺寸,提高工作频率是一个方法,目前TI的相关方案都很小了。

 

26. 现在非常多的产品都需要可以调光,例如单片机控制的PWM调光,模拟调光,那款芯片能够支持调光?

答:TPS62770继承升压和降压的芯片就可以支持调光模式的。

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模拟前端及传感器类(共17条问答,由TI 专家委员会成员 Haroad Chen 整理提供)

1. 我们所佩戴的可穿戴设备在运动时,是否具备抗干扰算法?如何保证续航能力?

答:抗运动干扰算法确实很重要,同时也需要很好的传感器数据来支持。TI不提供相关的算法,但我们和合作第三方一起支持客户。

 

2. TI 可以提供传感器算法吗?

答:目前TI不提供相关算法,需要客户自己开发。如有业务需要,TI可以与合作的第三方提供支持。

 

3. 如何提高心率检测准确率,人体有汗液就不准了。如何改善?

答:如果是光电PPG来测量,汗液可能造成更多光的反射,造成较大的DC信号偏移。TI 的AFE4404可以支持算法提供的实时校准,来降低DC的影响。

 

4. 可穿戴设备多久才能拥有医疗级测量精度?

答:我们已经有很多客户采用TI的产品做出的可穿戴设备已经通过了CFDA, FDA 医疗方面的认证。

 

5. 针对可穿戴应用的ECG心电测量,ADS1291ADS1292哪个更适合呢?

答:TI有整个系列的ECG 测量AFE的产品,支持从1导到12导,和呼吸监测,PACE监测功能等。是用ADS1291还是ADS1292,主要取决于你是需要采几导的心电。如果是单导,ADS1291就可以。

 

6. 请问有呼吸监测么?

答:TI 的 ADS129XR可以提供呼吸监测功能。详细可参考: http://www.ti.com/product/ADS1292R/description

 

7.如何验证AFE44XX的精度?要TI来校准吗?

答:一般来说,精度和很多因素相关,如光学、结构、光电管的大小、AFE的性能等。客户在调试时,可以先把工程样板连到TI的EVM上,进行实时数据的分析,结合寄存器的设置,来实时优化。

 

8. 帮助分析一下AFE440x系列的应用选型考量

答:建议参考 http://www.ti.com/product/AFE4404/description ,有非常详细的对比。

 

9. AFE4404AFE4405的功耗表现怎么样?

答:在正常工作状态下,AFE4405本身的电流在200uA左右。主要电流消耗是在LED上,主要取决于LED的开关频率和占空比。相比其他的模拟前端而言,TI的AFE440X在LED的控制方面非常灵活,可以最大限度的降低整个系统的功耗。

 

10. AFE44XX集成模拟前端可同时测量心率和卡路里消耗?AFE4403/04/05 工作温度范围在-20~70度,在更低温下,比如-30度影响测量精度?

答:FE440X主要是测量PPG信号,不能测卡路里。在低温如-30度时,建议用AFE4490,可以到-40度。但在-30度是,皮肤和血流的影响应该更大。

 

11. TI有别的ECG的方案吗?

答:TI有非常丰富的ECG AFE产品及方案。从1导到12导 都有,详细可以参考:http://www.ti.com/tool/tidm-biosignmonitor

 

12. LMT70的工作范围多多少?

答:测温范围是-55 - 150度。工作电压范围是2V到5.5V。 详细可以参考LMT70数据手册:http://www.ti.com/product/LMT70/description·

 

13. LMT70怎么代替NTC应用在体温计中,怎么防止在测温头中,是不是会测温不均匀?

答:一般来说,NTC是需要一个高精度的电压或电流源。LMT70直接输出和温度成比例的电压信号,对电源的要求不高由MCU的IO口供电即可。对于测温是否均匀,主要是需要测温头有良好的包裹,LMT70在测温头中也需要有导热胶很好的包裹。

 

14. LMT70工作时功耗多大?

答:<12uA。详细可以参考LMT70数据手册:http://www.ti.com/product/LMT70/description

 

15. LMT70测量体温主要用于测量什么部位的体温?怎么解决传统水银温度计测量不方便,尤其是婴幼儿不配合的问题?如果要做成动态体温监测的话,有没有方案呢?

答:LMT70是接触式体温计,为了准确,我们放建议在腋窝下。一般来说,LMT70的封装非常小,可以用导热胶,放进很小的金属帽里面,再贴着皮肤测温。

 

16. 目前可穿戴设备的心率监测,一方面受制于穿戴设备佩戴的正确性,另外持续监测的话功耗太大,TI的新的方案有没有针对这些问题的改善措施?

答:正常工作是,AFE4405本身的电流在200uA左右。主要电流消耗是在LED上,主要取决于LED的开关频率和占空比。相比其他的模拟前端而言,TI的AFE440X在LED的控制方面非常灵活,可以最大限度的降低整个系统的功耗。

 

17. DRV2625能不能用于偏心轮小马达?可否控制转速?

答:可以的,其实强度就是对应到转速。

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蓝牙传输类问答(由TI 嵌入式现场应用工程师 Michael Qian 整理提供)

1. 蓝牙5.0的功耗相对蓝牙4.0有什么优势?目前手机大部分为蓝牙4.0,能否连接5.0的蓝牙穿戴设备?

答:进入蓝牙5.0时代,将能实现传输距离更远,数据吞吐量更大。

 

2. 蓝牙5.0支持组网吗?通信速率多高?

答:不支持,组网是单独的mesh标准,独立于蓝牙5.0之外。

 

3. TI 蓝牙协议栈对外开放吗?2.一般情况下该平台的项目开发周期需要多久呢,支持程度会有多大?

答:TI 提供软件开发包,蓝牙协议栈只提供Lib文件,开放周期取决客户对蓝牙的了解程度。

 

4. 蓝牙通信速率、布线注意事项、天线设计有什么建议?

答:蓝牙最大可以到100kbps,利用4.2的高速率传送模式,有关天线设计的相关资料可浏览http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?baseLiteratureNumber=swra496&fileType=pdf

 

5. 目前TI 提供的CC2650RC:蓝牙语音遥控器方案是如何实现的?

答:该方案主要通过私有profile完成,具体的设计详情和资料可参考http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?baseLiteratureNumber=swra506&fileType=pdf

 

6. CC2640R2F适用于 Bluetooth 功耗应用,待机电流多少呢?

答:目前CC2640R2F可实现待机电流:1.1 RTC 运行,RAM/CPU 保持),关断电流:100nA(发生外部事件时唤醒)

 

7. CC2640R2F关于芯片程序加密,以及 oad 加密传输有资料吗?

答:目前程序加密还做不了,只能把jtag给锁掉,OAD加密目前没有做,您可以直接加在OAD上,通过AES128

 

8. 手机蓝牙与可穿戴设备连接,手机是作为服务端还是客户端?

答:手机作为客户端和服务端,蓝牙设备也是同时作为客户端和服务端

 

9. CC2640R2F与手机配对连接的时间需要多长?

答:这取决设计中的profile个数,因为手机会扫描你设备端的信息,这个需要时间

 

10. CC2640R2F供电范围是多少到多少?

答:宽电源电压范围 正常工作电压:1.8V 至 3.8V 外部稳压器模式:1.7V 至 1.95V

 

11. 可穿戴设备未配对时广播间隔设置多少比较合理?

答:500-800MS

 

12. 同步数据到APP上最快要多少S?

答:如果手机支持4.2,最大可以到100KBPS

 

13. CC2640和手机的话只能一对一连接传输数据吗?要是有好几个CC2640如何判断那个优先级最高,如何防冲突?

答:分时传输,无优先级