低功耗嵌入式系統的新電池管理解決方案

如今，低功耗嵌入式系統的創新與電池創新直接相關，從而創造了許多有價值的系統和應用。突破性的低功耗物聯網，可穿戴和邊緣設備的出現呈指數級增長，並帶來了新的系統和IC設計挑戰，其中每納瓦的功耗或每微焦耳的能量都來自電池本身。

鋰離子電池創建了各種類型的系統，從功率不足1瓦的低功率系統到電壓高的高功率系統。這些系統是為從消費者到醫療保健的不同細分市場創建的。通過提供不同形狀和不同尺寸的化學組合（例如鈷酸鋰和磷酸亞鐵鋰），鋰創新不斷改進，以適應多種應用。新電池管理解決方案的出現將使AI可以在超低功耗設備中實現。

低功耗嵌入式系統

每個需要電池充電的低功耗系統都使用USBC充電端口。所有這些都需要電量計設備來確定充電狀態並同時保護電池。這些類型的系統需要傳感器來檢測外界的信息，通常是通過處理信息的微控制器來實現。然後，某種用户界面和通信收發器均由向所有這些模塊供電的電源部分管理。

設計人員必須保證良好的充電保存期限，快速充電和電池操作自主權。現在，這些低功耗設備越來越小。”Ambatipudi説。

這些新一代的低功耗系統中有些與皮膚緊密接觸。例如，它們可以戴在耳朵內，並且不會太熱。“如果聽筒或可穿戴設備變得非常熱，那將是不好的體驗；必須特別注意熱性能。噪聲和信號的完整性以及通信質量也是要考慮的重要方面。”Ambatipudi説。

設計人員還必須努力避免在首次使用時排出有問題的產品。換句話説，正如Ambatipudi指出的那樣，他們必須致力於所謂的“客户滿意度”。製造商必須在首次使用時通過提供充足電的設備來滿足客户的需求，這要求電池壽命很長，避免不必要的電流損耗。電流是延長電池壽命的關鍵因素。靜態電流微安量級的值可提供超過50個月的壽命。

鋰離子電池的能量密度正在增加，不像摩爾的拋物線定律那麼快，而是呈指數增長。密度的增加還帶來許多其他後果，特別是在安全方面。電池隔板越來越薄，某些電池的安全性變得至關重要。由於苛刻的操作條件，實際上會隨時間發展小型內部檢測，而潛在的製造缺陷會加劇這種情況，從而引起熱泄漏條件。因此，燃油表是必要的（圖1）。

我們都希望更快地為燈具充電。但是，僅通過增加充電器的功率水平是不可能實現快速充電的，因為它還會增加更多的功率消耗，從而實際上會加熱設備。效率對於實現快速充電至關重要。

在電源管理中，DC-DC在效率方面起着重要作用。設計人員必須根據子系統的外形尺寸，找到一種為所有不同傳感器供電的方法，同時要記住電池壽命短和噪聲敏感度高。這些元素中的每一個都控制音頻放大器，所有傳感器和LED顯示屏。它們都需要電壓電流。但是空間有限。電池壽命很重要，同時低噪音至關重要。因此，您需要開關穩壓器，但每個開關穩壓器只有一個電感器。通過使用SIMO架構，可以用一個電感器產生多個輸出。通過提供多個輸出，SIMO方法與控制器的低待機電流一起，延長了可穿戴設計的電池壽命。調節器以最小的損耗提供能量。

圖1：一段時間內的能量密度

圖2：SIMO架構

電力人工智能

將AI推論帶到邊緣意味着從傳感器，相機和麥克風收集數據，將數據發送到雲以執行推論，然後將答案發送回邊緣。這種架構可以工作，但是由於延遲時間和能源性能差，對於邊緣應用程序來説非常具有挑戰性。

低功耗微控制器提供了一種替代方法，可用於實現簡單的神經網絡。但是，挑戰在於等待時間，只能在邊緣執行簡單的任務。MAX78000旨在填補這一空白。MAX78000是一種先進的系統級芯片設有一個FPUCPU-M4與超低功耗的深層神經網絡加速器高效的系統控制。CNN引擎具有442KB的存儲大小，可以支持1位，2位，4位和8位（最多支持350萬個權重的網絡）。該產品將最節能的AI處理器與Maxim經過驗證的超低功耗微控制器相結合。
編輯：hfy