可穿戴设备广泛用于文娱、运动和医疗健康等范畴,作为把多媒体、传感器和无线通信等技能嵌入人们的穿着或配件的设备,可支撑手势和眼动操作等多种交互方法。作为消费电子业面对的又一个新开展机会,可穿戴设备阅历了前些年从概念火爆到实践产品许多遍及的进程之后,职业远景一向稳步生长。据统计,2019年全球可穿戴技能产品商场的规划超过了500亿美元,是2014年的2倍以上,能够说可穿戴设备已成为曩昔5年来消费电子范畴最成功的商场之一。
1 商场需求继续迸发
尽管2020年全球阅历了严峻的新冠疫情影响,部分消费类电子产品的出售遇到十分大的应战,但可穿戴设备的商场远景一向广为看好,而且从商场数据中得以证明。调研组织IDC近来发布的2020年第一季度全球智能穿戴设备商场出售数据显现,全球智能穿戴设备出货量7 260万部,同比添加29.7%。IDC猜测全球可穿戴设备出货量打破3亿部,同比添加超70%,全球可穿戴商场规划出现迸发式添加。
跟着以我国为首的部分亚洲和欧洲国家疫情逐步得到操控,商场在二季度开端复苏,人们积累的消费愿望也会得到进一步开释。特别是由于疫情的影响,人们愈加注重个人的健康办理,针对人体健康元素的监测功用在可穿戴设备中也会添加,这将是可穿戴设备的下一轮迸发机会。个人健康数据的随时和快捷的获取是可穿戴设备比较于传统医疗监测设备最大的优势地点。在曩昔5年里,可穿戴设备最首要的添加点来自于智能手表、继续血糖监测体系(CGM)、助听器、耳机和AR(增强实践)、VR(虚拟实践)和MR(介导实践)。这次全球疫情带来的医疗资源紧缺的状况,促进许多用户对一些高档监测功用的家庭需求变得愈加杰出,例如心电图盯梢、睡觉呼吸暂停检测、心律失常检测和血氧盯梢等,这些无疑会带来可穿戴设备全新的机会和应战。
2020年第一季度,我国可穿戴设备商场首要出现3个特色:
①耳机和成人手表逆势添加;
②顾客对价格的敏感度升高;
③多功用集成才能益发重要。
特别是跟着以蓝牙5.0等为代表的无线技能快速开展,以及可穿戴生态逐步老练,可穿戴设备正在进入兴起的起点。各厂商将在主打运动健康类的细分手表商场上纷繁跟进,以兼具杰出体会和亲民价格的产品进一步发掘商场潜力。一起,具有运用拓宽功用的智能手表商场也在苹果等巨子厂商的推进下坚持安稳添加。
2 多功用提出全新器材要求
低功耗和电池的续航才能无疑是可穿戴设备规划中重要约束性要素,牢靠性和小尺度则是对可穿戴设备中元器材的另一个重要要求,特别是伴跟着更多功用的融入,对器材的尺度、牢靠性和高能效都提出了全新的需求。
功用越来越杂乱,对可穿戴设备的电路体系要求变得更为严厉,不只续航才能要提高,各个功用唤醒设备越来越多,电源办理和电源维护要求就越来越严厉。由于可穿戴设备的作业特性,常常会在唤醒和休眠中切换以保证功耗最优,因而每次激活都是对供电电路牢靠性的一次应战,这就要求对供电部分的维护要做得十分超卓。另一方面,杂乱的作业环境,让可穿戴设备面对着极大的作业环境搅扰的应战,特别是面对重压、变形以及温度和湿润环境的影响下对电路或许形成的短路和断路等问题,成为影响可穿戴设备的最大不确定要素之一。据统计,现在可穿戴设备的毛病问题中,外力损坏排名第1,内部电路的短路相关排名第2,充电口毛病排名第3,由此可见可穿戴设备的电源规划和维护方面需求更多的重视。
比较于像MCU和SoC这样的主芯片,可穿戴设备对电源维护相关器材的要求更为严苛,由于这些器材供给的功用必不可少,一起又不是体系规划在空间和功耗方面最首要的考量要素,因而挑选最牢靠又尺度最优的电路维护相关器材就显得尤为重要。
3 东芝的解决方案
作为先进的电源器材供货商,东芝很早就针对空间要求严苛的器材进行针对性的研制,而且能够供给多款牢靠性好、尺度小的供电维护器材。
3.1 负载开关
负载开关(Load Switch)是电路中供给多种功用的单元,包含1个输出MOSFET、驱动电路以及放电MOSFET,能够完成配电、上电排序和电源状况转化、下降漏电流、浪涌电流操控以及断电操控和电路维护等功用。它的存在能够维护整个供电电路和电池在所有充放电进程中的安全性。东芝面向可穿戴设备的负载开关具有低压操作、低导通电阻和低静态电流耗费的特色,保证体系牢靠性和长续航时刻。
以TCK107AG为例,它结合了许多功用,例如浪涌电流约束、反向电流维护、过电流维护、热关断和主动输出放电等在分立器材中很难完成的功用,且经过削减分立器材下降了体系规划难度和空间本钱需求,还能提高体系的牢靠性。选用超小型WCSP封装使底座面积小于1 mm2,大幅节约电路板空间。它供给的最高输出电流为1 A,十分适用于要求在低负载条件下完成功率节约的运用场合,满意绝大部分可穿戴设备的功率需求。TCK10xG系列具有广泛的作业电压规模(1.1~5.5 V),在有源操作进程中仅耗费0.2 μA(最大值)。除了这个系列之外,东芝还能依据规划的需求,供给更多参数的负载开关产品供客户挑选,满意客户不同的电路规划需求。
3.2 超小封装MOSFET
新一代可穿戴设备不断打破消费电子技能的边界。智能手表、健身盯梢器和其他立异技能的演进需求微型化MOSFET,用以供给抢先的功用和功率,然后完成越来越多的杂乱功用。
东芝的MOSFET能够支撑各种开关运用,并供给了广泛耐压规模的产品。东芝凭仗先进的沟槽工艺供给业界尖端的导通电阻,然后下降了体系功耗,而面向可穿戴运用的MOSFET要点杰出小封装优势,东芝能够供给各种封装尺度的产品满意不同的需求,其间,表贴封装的SSM3K56ACT N沟道和SSM3J56ACT P沟道MOSFET尺度仅为1.0 mm×0.6 mm×0.38 mm,特别合适各种可穿戴运用的规划需求。
图1 东芝LDO产品功用优势比较
3.3 LDO稳压器
可穿戴设备不只要求体系功耗低,还常常面对充电的需求,因而,可穿戴设备用LDO稳压器作为电源IC也要求具有低耗费电流,以答应在低功耗和安稳的输出电压下长时刻作业。
东芝的LDO产品凭仗高功率按捺比先进技能能够消除电源输入噪声,在负载忽然变化时保证输出电压安稳,能够完成极低的功率损耗和静态电流。为了满意可穿戴设备的实践需求,东芝推出了具有快速瞬态响应和高纹波按捺比的"TCR3UM系列”LDO稳压器产品(参阅图1),选用通用型DFN4封装(1.0 mm×1.0 mm)(如图2),运用最先进的CMOS工艺完成了小型贴片式封装LDO稳压器与300 mA输出(最大值)。TCR3UM系列产品协助易受电压动摇(如噪声)的传感器和CPU完成了更长时刻的电池驱动和安稳的操作,还包含过热维护、过流维护和浪涌电流按捺等维护功用。该系列依据输出电压规模不同(0.8~5.0 V),设有36个类型的输出电压规模为,客户可依据详细运用挑选合适的产品。
图2 DFN4 封装图
3.4 ESD、SBD和维护产品
除了上述产品之外,东芝在可穿戴设备电源维护方面还有更多产品值得重视,例如传统的静电防护ESD相关产品DF2B7BSL,SBD二极管相关产品CES520,凭仗小尺度和高牢靠性十分合适可穿戴产品的维护性运用。
而在新的维护方法上,eFuse IC具有高速电流中止功用,当电流过大时内置MOSFET会封闭。此外,它不会被单一过电流损坏,可重复运用。它的长处在于能够结合各种维护功用,例如过电压维护。该产品还能够有效地下降维护本钱和修理恢复时刻。
东芝最新的TCKE805xx 系列能够供给高过流维护的精度(±11%)和高过压钳位精度(±7%),并带有典型值为150 ns的超快速热关断功用,且输出电流可调(0.5~5 A),特别的,电压压摆率可调功用使浪涌电流能够坚持在十分低的水平。