您的光學(xué)傳感可穿戴設(shè)備是否盡可能節(jié)省電力，因?yàn)樗梢栽诓煌臏y(cè)量條件下提供連續(xù)、實(shí)時(shí)的監(jiān)控？您可能已經(jīng)設(shè)計(jì)了您的設(shè)備以適應(yīng)不同的用例。很有可能，您的可穿戴設(shè)備還內(nèi)置了上下調(diào)節(jié)電流的能力，以在設(shè)備工作時(shí)最大限度地減少電流消耗。但是想象一下，如果您有一種同時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整電壓電平的方法，您可以節(jié)省多少電量。

一些簡(jiǎn)單的例子——簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)——展示了額外節(jié)能的潛力。光學(xué)傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于在更具挑戰(zhàn)性、更不利的測(cè)量條件下運(yùn)行。例如，從一個(gè)在陽(yáng)光和陰涼的小路上流汗的跑步者身上采集生命體征測(cè)量結(jié)果，比從溫控辦公室辦公桌前工作的人身上采集生命體征測(cè)量數(shù)據(jù)更具挑戰(zhàn)性。在更具挑戰(zhàn)性的條件下，旨在捕獲更準(zhǔn)確、連續(xù)的心率測(cè)量的光學(xué)傳感器算法需要將 LED 電流調(diào)至最高額定值，以實(shí)現(xiàn)更好的信噪比 （SNR）。一個(gè)典型的光學(xué)傳感電路將有一個(gè) LED 與一個(gè)由電壓 V LED驅(qū)動(dòng)的光學(xué)模擬前端 （AFE） 串聯(lián)。 對(duì)于我們的簡(jiǎn)化示例，讓我們看一下基于綠色 LED 的系統(tǒng)，其中為 LED 和 AFE 鏈供電的 V LED固定為 5V。假設(shè)在最高額定電流 （100mA） 下，LED 上的正向壓降為 4V，而光學(xué) AFE 上的壓降為 1V。

V LED = 5V

VF = 4V ，100mA

V DRV = 1V

現(xiàn)在，讓我們想象一下這個(gè)系統(tǒng)在有利的測(cè)量條件下——比如當(dāng)人在辦公桌前工作或睡覺(jué)時(shí)。在這種情況下，算法將顯著降低光學(xué)傳感器電流。在較低的電流（例如 5mA）下，LED 上的正向壓降將降至 3V，從而在光學(xué) AFE 上留下 2V。

V LED = 5V

V F = 3V，5mA

V DRV = 2V

在較低的電流下，該 AFE 正常運(yùn)行所需的電壓（其順從電壓）下降。然而，在 V LED上固定為 5V 的情況下，V DRV實(shí)際上比在不利條件下時(shí)更高。假設(shè) AFE 的合規(guī)電壓為 V DRV_COM = 0.16V；這種情況會(huì)在 AFE 上留下超過(guò) 1.84V 的電壓。因此，系統(tǒng)消耗的功率比實(shí)際需要的多 1.84V x 5mA。

基本上，任何使用固定 V LED架構(gòu)且需要針對(duì)不利條件進(jìn)行擴(kuò)展的系統(tǒng)最終都會(huì)在有利條件下消耗過(guò)多功率。但是，如果 V LED由具有動(dòng)態(tài)電壓縮放 （DVS） 的穩(wěn)壓器設(shè)置呢？然后，V LED可以根據(jù)當(dāng)前設(shè)置上下調(diào)節(jié)，從而最大限度地降低功耗。系統(tǒng)可以調(diào)整 V LED以在適當(dāng)?shù)挠嗔肯伦钚』總€(gè)電流設(shè)置的以下表達(dá)式。

V LED – （V F + V DRV_COM ）

即使使用簡(jiǎn)單的查找表方法，設(shè)置適合特定電流范圍的電壓也可以顯著節(jié)省電力，從而延長(zhǎng)可穿戴設(shè)備的電池壽命。

計(jì)算節(jié)電

由于 DVS 可能節(jié)省的電量應(yīng)該是顯著的，尤其是當(dāng)您考慮到大多數(shù)可穿戴設(shè)備將在不利的測(cè)量條件下僅佩戴相對(duì)較短的時(shí)間這一事實(shí)時(shí)。當(dāng)然，不同的血液灌注水平、皮膚類(lèi)型和使用案例會(huì)影響實(shí)際節(jié)省的成本。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，看一下這個(gè)典型的場(chǎng)景：

LED 脈沖電流 = 38.9mA

100sps 時(shí)的脈沖占空比為 117μs，即 1.17%

降壓-升壓效率 = 95%

假設(shè)這些參數(shù)在 24 小時(shí)循環(huán)中適用 4 小時(shí)。如果我們可以在 1V 時(shí)實(shí)現(xiàn) DVS 節(jié)省，我們可以計(jì)算電池節(jié)省如下：

1V × 38.9mA × 1.17% × 95% × 4 小時(shí) = 每 24 小時(shí)每天 1.73mWHr

對(duì)于 100mAHr 電池 （370mWHr），使用 10 天可節(jié)省 4.67% 的電量。這個(gè)例子沒(méi)有考慮一整天的其他 20 個(gè)小時(shí)。

Maxim 提供帶 DVS 的電源管理 IC，用于 24/7 全天候監(jiān)控可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。MAX20345包括具有超低靜態(tài)電流的穩(wěn)壓器、一個(gè)線(xiàn)性電池充電器、三個(gè)支持DVS的降壓穩(wěn)壓器、三個(gè)低壓差（LDO）線(xiàn)性穩(wěn)壓器和一個(gè)升降壓穩(wěn)壓器。因此，如果您渴望從可穿戴設(shè)備中節(jié)省更多電量，該技術(shù)可以幫助您實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

審核編輯：郭婷