以往的可穿戴設(shè)備基本上都是直接連接到電池(這將運(yùn)行微控制器、顯示器等)，無需額外的電源管理。電池將能連續(xù)用兩三年，也許更久。這對用戶非常方便，因?yàn)闆]有意外關(guān)機(jī)的問題。新一代的可穿戴設(shè)備，最大的挑戰(zhàn)是，在許多情況下電池使用時間不到一天。

消費(fèi)者對可穿戴技術(shù)的需求激增。分析公司Gartner估計，到2017年，可穿戴設(shè)備市場已經(jīng)達(dá)到了超過3.2億臺的年出貨量(相當(dāng)于350億美元的收入)。智能手表和健身監(jiān)測系統(tǒng)(如運(yùn)動手表和腕帶)很可能將占至少60%。

雖然現(xiàn)在在可穿戴市場引起了消費(fèi)者強(qiáng)烈的興趣，這種技術(shù)以最簡單的形式其實(shí)可算已有45年歷史。第一例出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代初，稱為數(shù)字手表，來自卡西歐和Pulsar等公司。這樣的產(chǎn)品當(dāng)然不同于如今問世的智能手表，在功能范圍方面(少得多)，和在電池壽命方面(反而更長)。這是現(xiàn)代可穿戴式電子產(chǎn)品存在的一個真正問題–隨著新一代產(chǎn)品的演變(增加的功能)，其運(yùn)行時間大幅縮短。坦率地說，這意味著走錯了方向。

以往的可穿戴設(shè)備基本上都是直接連接到電池(這將運(yùn)行微控制器、顯示器等)，無需額外的電源管理。電池將能連續(xù)用兩三年，也許更久。這對用戶非常方便，因?yàn)闆]有意外關(guān)機(jī)的問題。新一代的可穿戴設(shè)備，最大的挑戰(zhàn)是，在許多情況下電池使用時間不到一天。因此，用戶可能不得不處于這樣一種情況，即他們不能確定他們的可穿戴設(shè)備將持續(xù)運(yùn)行足夠長的時間，以便他們有機(jī)會再次為其充電。這導(dǎo)致用戶的沮喪感，也在一定程度上阻礙了某些可穿戴市場的進(jìn)展。

有些可穿戴設(shè)備的設(shè)計固有的特定特點(diǎn)將對其電池儲備有重大影響。設(shè)計工程師需要充分意識到這些。首先，電池的可用空間是有限的。其次，由于消費(fèi)電子業(yè)務(wù)競爭激烈，物料清單的成本需要保持在很低的水平。第三，盡管多年來人們對電池的需求大大增加，但他們所依賴的基礎(chǔ)化學(xué)還沒有發(fā)展到可支持這需求的地步。因此，這需要更復(fù)雜的電源管理以彌補(bǔ)不足。必須努力提高電源轉(zhuǎn)換能效水平，以減少功率損耗。

可穿戴技術(shù)可以采用各種形式，所以讓我們專注于一個最常見的例子-健身追蹤器。這將包括以下關(guān)鍵器件：

一個微控制器-以執(zhí)行處理任務(wù)。

一個顯示器-為用戶提供訪問各種數(shù)據(jù)塊的接口(心率、走過的距離、時間等)。

低功耗無線收發(fā)器用于向電腦或平板電腦傳輸數(shù)據(jù)。

各種傳感器。

支持電源管理的系統(tǒng)

每一器件都耗用電池電量，這耗電量對跟蹤器的運(yùn)行至關(guān)重要。技術(shù)進(jìn)步意味著這每一個器件都在逐漸減少功率預(yù)算。顯示器將是一個薄膜晶體管(TFT)，比以前的顯示器類型的電流更小。當(dāng)我們轉(zhuǎn)向新的工藝技術(shù)，微控制器的功率需求也在降低。在大多數(shù)情況下，無線收發(fā)器將符合藍(lán)牙低功耗(BLE)協(xié)議。此外，每一個器件只運(yùn)行一小部分時間(即當(dāng)用戶從顯示器提取信息時它是被完全激活的，只在數(shù)據(jù)傳輸時需要BLE收發(fā)器)。微控制器將在需要發(fā)揮作用時合理的占用大部分時間，而電源管理電路基本上將一直處于使用中。雖然這似乎完全有悖常理，但傳統(tǒng)的電源管理機(jī)制在可穿戴設(shè)備一整天的運(yùn)行中可能是最耗電的。

隨著計算量在過去幾年變得越來越不值錢，只會鼓勵繼續(xù)把更多的功能置于微控制器。事實(shí)上，對于功耗敏感的應(yīng)用，如可穿戴設(shè)備，這顯然是不恰當(dāng)-盡可能避免開啟微控制器(和其他耗電的部件)對功率預(yù)算至關(guān)重要。在某些情況下，針對可穿戴設(shè)計的微控制器的待機(jī)電流可以非常低，這使得它們看起來很有吸引力，但它們反過來可能需要4mA或5mA電流來喚醒它們。如果他們必須定期被喚醒，那么這將消耗可穿戴設(shè)備電池的相當(dāng)大一部分電荷。

這需要實(shí)施一個全新的策略。將一個超低功耗微控制器與一個可編程電源管理單元相結(jié)合，利用“分布式智能”和顯著改善整體電源能效。這意味著，只有需要激活的功能在消耗電池電量，從而可以延長電池使用時間。

例如我們傳統(tǒng)的可穿戴式健身追蹤器的，包括一個低功耗微控制器、BLE收發(fā)器和精密的電源管理芯片，在系統(tǒng)閑置時功耗僅為3或4?A。然而，當(dāng)它被喚醒，要么檢查運(yùn)動要么搜尋射頻(RF)，這將大幅提高功耗到該數(shù)字的200倍。如果結(jié)合一個可編程電源管理單元和考慮到通過其內(nèi)部計時器而不是電源管理芯片/微控制器負(fù)責(zé)這些喚醒/睡眠周期的能力，那么功率預(yù)算可降低，因?yàn)椴恍枰⒖刂破??？删幊屉娫垂芾韱卧部梢载?fù)責(zé)從傳感器收集數(shù)據(jù)，使微控制器只在需要計算時被喚醒。它甚至可以執(zhí)行基本的人機(jī)接口功能。遵循這種方法，可以減少可穿戴設(shè)備多達(dá)30%的整體功耗。

相較僅僅不斷集成到單個芯片的方式，實(shí)施分布式智能模型意味著整個系統(tǒng)可采用更高電源能效的方式運(yùn)行。同樣的方式已在樓宇自動化顯示出，并開始見于物聯(lián)網(wǎng)，這種類型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是未來的方向。通過遷移一些來自微控制器的功能元素，和讓電源管理單元代替處理它們，有可能縮小電池，同時延長電池的使用時間。

摩爾定律已經(jīng)令半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不斷推到更小的工藝節(jié)點(diǎn)，這也使我們創(chuàng)建了越來越多的集成芯片，這固然帶來了在處理能力等方面的很多好處。但是這并非沒有某種程度的妥協(xié)，在功耗方面最為明顯。可穿戴技術(shù)的長期進(jìn)展將在很大程度上取決于電源管理的進(jìn)一步進(jìn)展。很明顯，實(shí)施分布式智能將發(fā)揮很大作用，擺脫不斷推動越來越高的集成度的傳統(tǒng)思維。

工程師現(xiàn)在需要做出更好的架構(gòu)選擇，而不是只做他們一直做的事情和為了提供更多而不斷尋求增加越來越多的東西到芯片上。我們做事不能有惰性，必須開始應(yīng)用以功率為導(dǎo)向的觀點(diǎn)，而不只是以整合為導(dǎo)向。