动态电压调节如何节省可穿戴设备的功耗

您的光学传感可穿戴设备是否在各种测量条件下提供连续、实时的监测，从而尽可能节省功率？您可能已经将设备设计为适应不同的用例。很有可能，您还在可穿戴设备中内置了调谐电流的能力，以在设备工作时最大限度地减少电流消耗。但是想象一下，如果你有一种方法可以同时动态调整电压电平，你可以节省多少电力。

一些简单的例子（通过简单的数学）展示了额外节能的潜力。光学传感系统设计用于在更具挑战性、不利的测量条件下运行。例如，从在阳光和阴影点缀的小径上大汗淋漓的跑步者那里捕获生命体征测量值将比在温控办公室内的办公桌前工作的人更具挑战性。在更具挑战性的条件下，旨在捕获更准确、更连续的心率测量的光学传感器算法需要将 LED 电流调高到其最高额定值，以实现更好的信噪比 （SNR）。典型的光学检测电路将具有一个与由电压V驱动的光学模拟前端（AFE）串联的LED。发光二极管.对于我们的简化示例，让我们看一个基于绿色 LED 的系统，其中 VLED LED 和 AFE 链的电源固定为 5V。假设在最高额定电流（100mA）下，LED两端的正向压降为4V，这在光学AFE上留下了1V压降。

VLED = 5V

VF = 3V at 5mA

VDRV = 2V

现在，让我们想象一下这个系统在有利的测量条件下 - 例如当人在办公桌前工作或睡觉时。在这种情况下，该算法将显著降低光学传感器电流。在较低的电流（例如5mA）下，LED两端的正向压降将降至3V，从而在光学AFE两端留下2V。

VLED = 5V

VF = 3V at 5mA

VDRV = 2V

在较低的电流下，AFE正确运行所需的电压（其顺从电压）下降。给定固定 5V 接 V 电压发光二极管，但是，V.DRV实际上比在不利条件下时要高。假设AFE的顺从电压为VDRV_COM= 0.16V;这种情况使AFE两端产生超过1.84V的电压。因此，系统的功耗比实际需要的多1.84V x 5mA。

可穿戴设备可连续、实时地监测心率等生命体征，可在不同的条件和用例下可靠运行。动态电压调节可以补充其他技术，以最大限度地降低功耗并延长电池寿命。

基本上，任何使用固定V的系统发光二极管需要针对不利条件进行扩展的架构最终会在有利条件下消耗过多的功率。但是如果 V发光二极管是否由具有动态电压调节 （DVS） 的稳压器设置？然后，V发光二极管可以与当前设置一起向上或向下调整，从而最大限度地降低功耗。系统可以调整V发光二极管以在适当的余量下最小化每个当前设置的以下表达式。

VLED – (VF + VDRV_COM)

即使使用简单的查找表方法，将电压设置为适当的特定电流范围也可以显着节省功耗，从而延长可穿戴设备的电池寿命。

计算节能

DVS可能节省的功率应该是显着的，特别是当您考虑到大多数可穿戴设备仅在相对较短的时间内在不利的测量条件下佩戴时。当然，不同的血液灌注水平、皮肤类型和用例会影响实际节省多少。为了说明这一点，请看一下这个典型场景：

LED 脉冲电流 = 38.9mA

脉冲占空比在117sps时为100μs，为1.17%

降压-升压效率 = 95%

假设这些参数在 4 小时周期中适用于 24 小时。如果我们可以在 1V 下实现 DVS 节省，我们可以按如下方式计算电池节省：

1V × 38.9mA × 1.17% × 95% × 4 小时 = 1.73mWHr 每天 24 小时

对于 100mAHr 电池 （370mWHr），使用 4 天可节省 67.10% 的电量。这个例子没有考虑一整天中的其他 20 个小时。

Maxim提供带DVS的电源管理IC，用于24/7全天候监控可穿戴设备和物联网应用。MAX20345包括具有超低静态电流的稳压器、线性电池充电器、三个支持DVS的降压稳压器、三个低压差（LDO）线性稳压器和一个降压-升压稳压器。因此，如果您渴望从可穿戴设备中节省更多电力，那么该技术可以帮助您实现这一目标。