Los circuitos integrados de administración de energía sirven para wearables, dispositivos IoT siempre activos

Muchas funciones se combinan para crear un dispositivo portátil útil. El factor de forma, el diseño y la eficiencia energética son esenciales para lograr dispositivos que no solo hagan su trabajo correctamente, sino que también sean cómodos, atractivos y fáciles de usar, ofreciendo nuevas formas de mejorar nuestra productividad, salud y estilo de vida. El objetivo de los diseñadores de dispositivos portátiles y de Internet de las cosas (IoT) siempre activos es extender el tiempo de ejecución de la batería mientras se reduce el factor de forma, lo que se puede lograr con circuitos integrados de administración de energía (PMIC) pequeños y altamente integrados.

La precisión de la detección óptica en los dispositivos portátiles también es una gran preocupación, que se ve afectada por una variedad de factores técnicos, incluida la elección de PMIC. Los PMIC de potencia ultrabaja integran una arquitectura de circuito que optimiza la sensibilidad de las mediciones ópticas para aplicaciones sanitarias. Los nuevos PMIC permiten la mayor sensibilidad para la detección óptica en factores de forma de muñeca para obtener mediciones de signos vitales más precisas, por ejemplo.

En los últimos años, la cantidad de sensores portátiles en circulación ha crecido exponencialmente. Esto se debe a varios factores que van desde el aumento de los costos de la atención médica hasta el crecimiento de los “fanáticos de la salud”, un estilo de vida que se caracteriza por una obsesión por la salud. Además, gracias a Internet, los consumidores tienen ahora un acceso fácil y casi ilimitado a la información sobre su salud. El diseño de soluciones fiables en el campo de la medicina portátil requiere una electrónica fiable. La alta funcionalidad que requieren dispositivos como dispositivos de audio y relojes inteligentes implica un mayor consumo de energía.

La tendencia continua hacia paquetes más pequeños y delgados, a su vez, requiere una nueva generación de circuitos integrados de administración de energía que faciliten la carga. Las baterías convencionales que se ajustan a la tecnología portátil, como las celdas de iones de litio (Li-ion), pueden ser adecuadas para sensores y otros dispositivos portátiles con baja demanda de energía, pero luchan por mantenerse al día con los requisitos portátiles de mayor rendimiento, como el habla y reconocimiento, seguimiento y detección de gestos.

El diseño de placa de circuito impreso (PCB) para dispositivos portátiles requiere mucha consideración tanto para la elección de materiales como para un diseño correcto de acuerdo con los requisitos de compatibilidad electromagnética. Los PCB portátiles requieren un control de impedancia mucho más cercano, que es un elemento esencial del diseño que da como resultado una propagación de señal más limpia.

Arquitectura PMIC

Una arquitectura de dispositivo portátil típica incluye un sistema en chip (SoC), memoria, pantalla, sensores y bloques de administración de energía. Un sistema de administración de energía típico incluye un cargador, varios convertidores reductores y reguladores de baja caída (LDO) para la conexión Bluetooth / Wi-Fi. En un reloj inteligente, por ejemplo, los desafíos de diseño son esencialmente la gestión de la disipación y el tamaño de la batería. Todo esto implica una selección adecuada de dispositivos PMIC.

La mayoría de los sistemas requieren un cargador y varias salidas reguladas para funciones de circuito comunes, por ejemplo, buses de alimentación de 3,3 V y 1,2 V para el microcontrolador y los protocolos de comunicación.

Un cargador lineal integrado y altamente configurable en el PMIC admite una amplia gama de baterías de iones de litio e incluye monitoreo de temperatura de la batería para mayor seguridad. Un I ² bidireccional La interfaz C permite a los diseñadores configurar y monitorear el estado del dispositivo. La arquitectura de un PMIC también incluye un controlador con funcionalidad de supervisión.

Los sistemas de suministro de energía con convertidores reductores y elevadores son los más eficientes. Los reguladores lineales de baja tensión y baja caída se prefieren para dispositivos de bajo ruido, pero la eficiencia energética puede ser un factor crítico. Un sistema de suministro óptimo está representado por el uso exclusivo de fuentes de alimentación conmutadas. El inconveniente de este enfoque es que cada interruptor requiere un inductor, lo que aumenta el espacio de la PCB y el tamaño de los dispositivos portátiles.

Como resultado, el circuito requiere una única solución de administración de energía que integre varios buses de energía usando una arquitectura de entrada única y múltiples salidas (SIMO). Al proporcionar múltiples salidas, el enfoque SIMO, junto con la baja corriente de espera del controlador, extiende la vida útil de la batería del diseño portátil. Los reguladores proporcionan energía con pérdidas mínimas y la arquitectura elimina algunos componentes duplicados mientras ahorra en la lista de materiales.

Un ejemplo es el MAX20310 de Maxim Integrated, un circuito de administración de energía integrado que combina dos salidas SIMO buck-boost con dos LDO y otras características de administración de energía, como un controlador de secuenciación. Los reguladores lineales también pueden funcionar como interruptores de energía que pueden desconectar la carga inactiva de los periféricos del sistema ( Fig. 1 ) para mejorar la eficiencia.

Fig 1:diagrama de bloques del MAX20310. (Imagen:Maxim Integrated)