随着物联网的普及，可穿戴设备市场迅速扩大，智能手表和真无线耳机等各种设备正在商业化。在设计电源电路过程中，由于电池供电是前提，且需要使小型化和轻量化，因此设计电源电路的工程师面临着这样的挑战：在不影响传统功能的前提下，尽可能减小电路面积；在不增加电池容量的前提下，延长电池的运行时间。值得关注的是，电源集成电路的使用可使电路板空间减半，元件数量减少约 40%，延长电池寿命，并实现微型化和节电。本文将介绍适用于物联网/可穿戴设备的电源 IC 电路。
可穿戴设备对电源 IC 的要求
节省空间
可穿戴设备对电源 IC 有两个主要要求，其中之一是节省空间。对于长时间佩戴的可穿戴设备来说，小型化和轻量化是区别于其他设备的主要因素。因此，在新产品的企划阶段，往往会规定“产品尺寸必须在一定厘米以内才能销售”等尺寸要求，然后由开发部门进行开发。为了满足尺寸要求，每个板载功能都必须小型化，而分配给电源 IC 的电路板空间极其有限。工程师经常反馈，他们很难将必要的电源功能塞进极小的电路空间中。
低功耗
可穿戴设备对电源 IC 的另一个要求是低功耗。一方面，用户更喜欢可穿戴设备具有较长的电池寿命。另一方面，现实情况是，由于外壳本来就很小，可安装的电池容量有限，需要做得更轻、更小，因此可安装的电池容量受到限制。如何在不增加电池容量的情况下延长电池寿命已成为一项挑战，工程师们表示他们希望了解更多有关进一步降低功耗的有效技术。
采用 SIMO 架构的优点
电路板空间减少约 50%
传统的 DC/DC 转换器每个输出需要一个电感器，因此如果有多个输出系统，则每个电感器都必须实现，且每个输出系统还需要无源元件，例如与电感器配置的电容器。基于以上情况，ADI 推出的单电感多输出 (SIMO) 结构电源 IC。下图 (图1) 为 SIMO 架构概览图，在 SIMO 架构中，单个电感器可提供多个输出。即使有多个输出系统，也可以将电感器集成到一个系统中，且传统上每个电感器所需的无源元件也可以集成在一起。与传统的分立电源电路配置相比，电路板空间可减少约 50%，元件数量可减少约 40%。因此通过采用 SIMO 架构产品，可以大幅减少电源电路空间。
图1 SIMO 架构概览图
延长约 20% 电池寿命
SIMO 架构也有助于降低功耗：DC/DC 转换器的功耗很大程度上受到电压转换产生的电感饱和电流的影响，使用的电感器越多，电感饱和电流越大，电流损耗也越高，如下图 (图2) 所示。SIMO 架构可将电感器聚合，从而可以显著抑制电感饱和电流并降低功耗。SIMO 架构产品可提供高达 93% 的峰值效率，并可延长 20% 的电池寿命。因此通过采用 SIMO 架构的产品，可以降低功耗并延长电池寿命，而这在以前是很难实现的。
图2 与传统方法的功耗比较 MAX77654 节省物联网用/可穿戴设备电源电路空间
接下来介绍 ADI 推出的 SIMO 架构的电源 IC 产品之一 MAX77654。它采用 2.8x2.3x0.7mm 的超小型封装，集成了三个降压-升压稳压器、两个 LDO 和一个锂离子电池线性充电器。智能手表和完全无线耳机等可穿戴设备电源开发过程中所需的所有功能都集成在单个芯片中，且封装尺寸极其紧凑。下图 (图3) 为 MAX77654 电路板空间与传统的比较图，在传统的分立电源电路配置中，实现三个降压-升压稳压器需要三个电感器及其相关的无源元件，而 SIMO 架构产品 MAX77654 只需一个电感器即可支持三个内置降压-升压稳压器。这不仅意味着封装尺寸更小，还意味着包括外围元件在内的整体电路面积显著减少，当然这也有助于降低功耗。
图3 MAX77654 电路板空间与传统的比较
下图 (图4) 为 MAX77654 功能概述，它支持 2.7 至 5.5V 输入电压和 0.8 至 5.5V 输出电压，其电压设计非常适合可穿戴设备中的电池，例如，推荐用于智能手表、真无线耳机、蓝牙耳机、助听器、电子笔、AR/VR 耳机和智能眼镜等多种可穿戴设备。ADI 已推出 MAX77654 EVKIT 评估板，可方便大家用于测试。
图4 MAX77654 功能概述
应用示例
无线扬声器等可听设备
智能手表等可穿戴设备
物联网传感器节点
