您可能已經(jīng)設(shè)計了您的光學(xué)傳感可穿戴設(shè)備以適應(yīng)不同的用例。很有可能，您已經(jīng)在設(shè)計中內(nèi)置了一種方法來調(diào)整電流，因為設(shè)備在不同條件下執(zhí)行連續(xù)的實時監(jiān)控，從而確保設(shè)備在每個給定時間點將電流消耗降至最低。但是你真的把功耗降到最低了嗎？如果您有辦法同時動態(tài)調(diào)整電壓電平會怎樣？您還能節(jié)省多少電量？

為了說明額外節(jié)能的潛力，讓我們比較幾個簡單的例子。為了強(qiáng)調(diào)這一點，我將使用一些簡單的數(shù)學(xué)。您的設(shè)備可能會復(fù)雜得多，但原理應(yīng)該相同。所有光學(xué)傳感系統(tǒng)都設(shè)計為在更具挑戰(zhàn)性、更不利的測量條件下運(yùn)行——例如，有人在陰陽混合的小徑上奔跑和流汗。在這些困難條件下，嘗試測量心率等參數(shù)的光學(xué)傳感器算法需要將 LED 電流調(diào)至最高額定值，以獲得更好的信噪比 （SNR），從而獲得更準(zhǔn)確的連續(xù)閱讀。通常，光學(xué)傳感電路由一個 LED 與由電壓 V 驅(qū)動的光學(xué)模擬前端 （AFE） 串聯(lián)組成。發(fā)光二極管。讓我們考慮一個基于綠色 LED 的系統(tǒng)，其中為 LED 和 AFE 鏈供電的 V LED固定為 5V。在最高額定電流 （100mA） 下，假設(shè) 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，讓我們考慮一下當(dāng)測量條件變得有利時，這個系統(tǒng)會發(fā)生什么，例如當(dāng)同一個人在辦公室內(nèi)的辦公桌前工作甚至睡覺時。在有利的條件下，該算法將大大降低光學(xué)傳感器電流。在較低的電流（例如 5mA）下，LED 上的正向電壓降將下降到 3V，從而在光學(xué) AFE 上留下 2V。

V LED = 5V

V F = 3V，5mA

V DRV = 2V

但是，在較低的電流下，該 AFE 上正確運(yùn)行所需的電壓（其順從電壓）下降。但是，由于 V LED上的固定 5V ，V DRV實際上比在不利條件下時更高。例如，如果 AFE 的順從電壓為 V DRV_COM = 0.16V，我們可以看到 AFE 兩端的電壓超出了 1.84V。這實際上意味著系統(tǒng)消耗的功率比實際需要的多 1.84V x 5mA。

事實上，任何使用固定 V LED架構(gòu)且需要針對不利條件進(jìn)行擴(kuò)展的系統(tǒng)最終都會在有利條件下消耗過多功率。但是，如果 V LED由具有動態(tài)電壓縮放 （DVS） 的調(diào)節(jié)器設(shè)置，該調(diào)節(jié)器可以根據(jù)當(dāng)前設(shè)置上下調(diào)節(jié)，則可以最大限度地降低功耗。實際上，系統(tǒng)可以調(diào)整 V LED以通過一些適當(dāng)?shù)脑Ａ縼碜钚』總€電流設(shè)置的以下表達(dá)式。

V LED – （V F + V DRV_COM ）

即使使用簡單的查找表方法，將電壓設(shè)置為適合特定電流范圍也可能會顯著節(jié)省電能，從而延長設(shè)備的電池壽命。

延長可穿戴設(shè)備的電池壽命

那么使用 DVS 可以節(jié)省多少電量呢？考慮到大多數(shù)可穿戴設(shè)備用戶只會在 24 小時測量周期的一小部分中處于不利的測量條件下，這應(yīng)該很重要。當(dāng)然，考慮到不同的血液灌注水平、皮膚類型和用例，具體多少會因用戶而異。

作為一個簡單的說明，讓我們考慮一個典型的場景：

LED 脈沖電流 = 38.9mA

100sps 時的脈沖占空比為 117μs，即 1.17%

降壓-升壓效率 = 95%

現(xiàn)在，讓我們假設(shè)這些參數(shù)適用于 24 小時周期中的 4 小時。如果我們能夠在 1V 時實現(xiàn) DVS 節(jié)省，我們可以計算電池節(jié)省如下：

1V x 38.9mA x 1.17% x 95% x 4 小時 = 每 24 小時每天 1.73mWHr

對于 100mAHr 電池 （370mWHr），這意味著使用 10 天后可節(jié)省 4.67% 的電量。并且此分析不考慮 24 小時周期中其他 20 小時的任何節(jié)省貢獻(xiàn)。因此，DVS 提供的潛在節(jié)省是相當(dāng)可觀的。

DVS 的其他節(jié)能可能性

上面的示例重點介紹了使用綠色 LED 對可穿戴設(shè)備進(jìn)行光學(xué)傳感的典型方法。然而，許多可穿戴設(shè)計現(xiàn)在將其他波長（紅外線和紅色）的 LED 納入其檢測方案。這種較新的 LED 在任何給定電流或測量條件下都需要比綠色 LED 更低的正向電壓。在這里，當(dāng)紅外 LED 傳感器進(jìn)行測量時，DVS 可再次用于調(diào)低電壓，并再次調(diào)高綠色 LED 的電壓。與前面的示例類似，我們正在調(diào)整適合進(jìn)行測量的電壓，而不是堅持使用適合所有情況的最高電壓。利用不同 LED 的正向電壓變化可以以與上述條件類似的方式產(chǎn)生功率節(jié)省。

Maxim 提供兩種選擇，在兩種情況下提供具有 DVS 的超低靜態(tài)電流升降壓架構(gòu)。第一個是電源管理 IC （MAX20345） 的一部分，它還包括創(chuàng)建可穿戴系統(tǒng)所需的其他資源（充電器、降壓器和 LDO）。第二個是相同升降壓的獨立版本。無論您選擇哪個選項，我們都相信可以節(jié)省大量電力，而這在很大程度上是迄今為止尚未開發(fā)的。

審核編輯：郭婷