作者:Roger Yeung

Maxim Integrated移動方案事業部執行業務經理

愛也好，恨也好，電動滑板車現在已經成為全球各個城市的一道風景線。這種兩輪車已經不僅僅是兒童玩具，而被認為是連接“最后一公里”的有效途徑，比如地鐵和辦公室之間。同樣，共享電動自行車也大幅增加。

電動滑板車和電動自行車都具有導航定位功能，使消費者能夠找到距離最近的可用車輛。當然，它們只是具有位置跟蹤功能的新型移動或可穿戴IoT產品的例子。

據Gartner預測，到2020年全球將擁有204億部IoT設備, 而Business Insider提供的數據則更高，預測到2025年將擁有超過640億部IoT設備. 連接到互聯網的小型設備或物件還包括寵物和人員跟蹤器、行李和防盜裝置。

在這些空間受限的產品中增加位置跟蹤能力，電源管理尤其具有挑戰性。我們在本文主要討論電源的設計挑戰，以及如何克服。

圖1. 電動滑板車和其他位置跟蹤IoT設備為電源管理設計提出了挑戰，單電感多輸出(SIMO)電源架構是這類設計的有效方案。

GNSS的供電要求

任何低功耗應用都面臨以下嚴峻挑戰：

• 小尺寸PCB面積
• 管理散熱
• 延長電池壽命
• 應對噪聲影響
• 多電源軌
• 快速上市

將導航功能增加到設備中，必須滿足不同制式的全球導航衛星系統(GNSS)較寬范圍的供電要求。在美國使用全球定位系統(GPS)，歐洲有Galileo，日本有QZSS，俄羅斯有GLONASS。GNSS發出的衛星廣播消息(L1信號)包括衛星的識別簽名碼、位置以及時間。接收器憑借該信號，利用收到的至少3-4顆衛星信號確定位置、計算距離。整個過程可能需要數秒(熱啟動條件下)到數分鐘(冷啟動)時間不等。GPS是公認的電老虎，與用戶設計的低功耗設備需求相悖。

熱啟動操作的優勢顯而易見，而我們在此討論的產品的位置跟蹤功能將持續不斷地消耗大量電池能量，因為這是一項計算密集型工作。在Quora上，Google的一名軟件工程師是這樣回答關于智能手機上GPS和電池使用情況的問題的：

“支持GPS功能的代價非常大，因為它是一個非常慢的通信通道——需要長時間與3、4顆衛星進行通信，速率為50比特每秒。不同于其他通信機制中的時分方法，它需要在任何通信期間保持天線供電。更糟的是，當GPS打開時，系統無法進入休眠狀態。Android和iPhone等移動設備之所以能夠實現其電池續航時間，很大程度上是因為能夠非常有效地快速進入或退出休眠狀態。GPS則阻礙了這種操作。”

許多手機為了提高定位精度，同時支持GLONASS和GPS定位。但是，一般只有在GPS信號弱時才激活GLONASS——延長手機電池壽命的一種方法。

盡可能避免笨重電感

那么，如何在降低小尺寸IoT設備功耗的同時仍然支持連續、高精度的位置跟蹤呢？您的電源轉換器架構能夠起到一定作用。放棄傳統的多路獨立DC-DC的方案，考慮使用單電感多輸出(SIMO)電源轉換器架構。SIMO架構通過減少傳統方案中笨重、昂貴的電感數量，節省了空間并提高效率，可有效延長電池壽命。

MAX77654超低功耗電源管理IC是Maxim SIMO產品線中的最新方案之一，器件集成了1個SIMO升/降壓調節器、2路低壓差穩壓器(LDO)和1路可高度可配置的線性充電器。圖2所示為MAX77654方框圖。器件的升/降壓調節器提供高達500mA的總輸出電流，所有SIMO通道的輸出電壓范圍為0.8V至5.5V。500mA輸出電流對于此處討論的問題至關重要。因為位置跟蹤設備通過接入更多衛星來消除死區，需要更大的計算量，從而要求如此大的輸出電流。MAX77654還具有如下特性，非常適合位置跟蹤設備，例如耳戴式設備、可穿戴設備及其他小尺寸IoT應用：

• 低功耗(6μA @ 使能3路SIMO通道和2路LDO時)
• 高效率(降壓模式下高達91%)
• 小尺寸(2.79mm x 2.34mm x 0.5mm)

圖2. MAX77654方框圖。

利用單一芯片即可覆蓋終端設備上多路電源軌的要求！當您規劃下一款位置跟蹤或其他小尺寸IoT設備時，可以借助SIMO電源轉換器架構達到您的設計目標。

來源：maximintegrated.com