PMICs de alto rendimiento alimentan wearables e IoT siempre activos

Diseñar un wearable que permanezca en marcha requiere una combinación de formato compacto, estética elegante y, lo más crítico, eficiencia energética. Para satisfacer estas demandas, los ingenieros se centran en diminutos circuitos integrados de gestión de potencia (PMIC) altamente integrados que extienden la vida de la batería manteniendo el dispositivo ligero y cómodo. Estos ICs permiten operación continua, recopilación de datos fluida y conectividad fiable —clave para wearables que monitorizan métricas de salud o se conectan al Internet de las Cosas (IoT).

La precisión de sensado óptico, piedra angular de muchos wearables de salud, depende fuertemente de la arquitectura de potencia subyacente. Los PMICs de ultra‑bajo consumo están diseñados para minimizar ruido y optimizar la regulación de voltaje, mejorando así la sensibilidad de la fotopletismografía (PPG) y otras mediciones ópticas. En formatos de muñeca, esto se traduce en lecturas de signos vitales más precisas, incluso durante movimiento o condiciones de luz ambiental variables.

En la última década, el número de sensores en wearables ha aumentado, impulsado por el alza de costes sanitarios, el crecimiento de «entusiastas de la salud» y la proliferación de datos de salud online. A medida que las expectativas de consumidores por insights instantáneos y accionables crecen, también lo hace la necesidad de electrónica fiable que pueda sostener demandas de potencia más altas —especialmente para funciones avanzadas como reconocimiento de voz, control por gestos y monitorización continua.

Las celdas de iones de litio (Li‑ion) tradicionales aún sirven para wearables de baja potencia, pero luchan por cumplir la densidad de potencia requerida por dispositivos de alto rendimiento. La industria se mueve por tanto hacia paquetes más pequeños y delgados y la próxima generación de circuitos integrados de gestión de potencia que soporten carga rápida, conversión de voltaje eficiente y monitorización de seguridad integral.

El diseño de PCB para wearables debe equilibrar selección de materiales con requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC). Control estricto de impedancia y enrutamiento meticuloso de trazas son esenciales para asegurar propagación de señal limpia, reducir interferencias y mantener la integridad general del dispositivo.

Arquitectura de PMIC

Una arquitectura wearable típica integra un system‑on‑chip (SoC), memoria, display, sensores y bloques de gestión de potencia. El sistema de potencia suele incluir un cargador, convertidores buck y reguladores low‑dropout (LDO) para alimentar módulos Bluetooth o Wi‑Fi. Los retos clave de diseño involucran disipación térmica y dimensionamiento de batería, ambos dependientes de seleccionar el PMIC adecuado.

La mayoría de sistemas requieren un cargador y múltiples salidas reguladas —por ejemplo, buses de suministro de 3,3 V y 1,2 V para el microcontrolador e interfaces de comunicación. Una carga lineal altamente configurable dentro del PMIC soporta una amplia gama de químicas de Li‑ion e incluye monitorización de temperatura de batería para seguridad añadida. Una interfaz I²C bidireccional permite a los diseñadores configurar y monitorizar el estado del dispositivo, mientras que un supervisor integrado asegura operación fiable.

Los reguladores conmutados (buck y boost) entregan la mayor eficiencia, mientras que los LDOs de bajo voltaje son preferidos para aplicaciones de bajo ruido. Una cadena de suministro óptima a menudo se basa exclusivamente en fuentes conmutadas, pero cada switch demanda un inductor, lo que puede inflar área de PCB y grosor del dispositivo.

Para reconciliar estas restricciones, muchos diseños adoptan una arquitectura de entrada única, múltiples salidas (SIMO) que consolida varios buses de potencia en un solo IC. Los PMICs SIMO proporcionan múltiples rieles regulados manteniendo corriente de standby baja, extendiendo la vida de la batería y recortando la lista de materiales al eliminar componentes redundantes.

Por ejemplo, el MAX20310 de Maxim Integrated integra dos salidas buck‑boost SIMO, dos LDOs y un controlador de secuenciación. Sus reguladores lineales pueden actuar también como interruptores de potencia, desconectando periféricos inactivos para mejorar la eficiencia general (ver Fig. 1).