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15 Jan 2019, 5:59

物联网和可穿戴设备应用面临的最大设计挑战是什么?

物联网和可穿戴设备革命改变了一切。我们所说的一切,就是所有的一切。从尺寸和连接要求到固件和集成挑战,物联网和可穿戴设计的新世界带来了许多变化。新的需求遍及技术供应链,例如半导体设计,无源组件,软件和云计算。与其他任何新需求相比,低功耗在整个过程中普遍存在。人们比以往任何时候都更需要从小型电池甚至从环境中获取能源来远程生存,这影响了整个发展进程。

超低功耗设计的关键是解决电路中连续有源部分的问题。大多数设备通过停用大多数功能并进入深度睡眠模式来节省电量。低占空比的活动使大多数物联网和可穿戴设计能够在仍然执行任务的同时延长电池寿命。 10%的占空比使电池寿命增加10倍,一些应用可以轻松使用1%或更低的占空比。

工程师们总是使用这个技巧来节省电力。但是,它有局限性。物联网和可穿戴应用程序需要知道何时醒来并开展工作。不保证人为干预,因此该设备需要自我意识。因此,即使在深度睡眠中,电路的有效部分也必须不间断地运行。此活动限定了电池寿命的上限。 集成电路设计必须使连续有功功率电路匮乏,以满足应用的电池寿命要求。

由于实时时钟(RTC)和其他32.768kHz电路保持不断激活,这些定时组件已经适应了功耗最大的物联网和可穿戴应用。始终打开,32.768kHz信号充当必要的心跳信号,管理关键功能,如电源切换,警报,中断,最重要的是唤醒。所以它不能被关闭。

节省功率要求该基本电路设计具有较低的跨导增益(gm)。较低的gm意味着振荡器电路不能驱动具有高等效电阻(ESR)的重镀层晶体。半导体电路和石英晶体必须都适应较低的功率设计。因此,IoT和可穿戴优化的晶体必须设计成满足较低的电镀电容(CL),并且在整个温度范围内具有良好控制的较低ESR。否则,专门设计用于满足下一代半导体工艺低功耗需求的新型MCU和RF芯片组将无法驱动它们。振荡器驱动器电路中的大量跨导增益现在是过去的奢侈品。

那么物联网和可穿戴设备面临的最大设计挑战是什么?毫无疑问,这是耗电量。存在小型化,集成和其他系统问题。但是,设备的设计方式必须首先满足功耗上限,否则产品无法满足物联网和可穿戴系统的电池寿命要求。时钟和石英晶体已经很好地适应了这种新的需求。

随附的白皮书讨论了如何在实现最佳振荡裕度的同时降低振荡器功耗 - 使用旨在与节能低功耗SoC配合的石英晶体。所包含的测量结果证明了设计可靠,低功耗振荡器所必需的关键原则。

Seasoned Engineering Executive with over 25-years experience in Frequency Control Products. Experience includes design and application of Quartz Crystals, Oscillators (XO, TCXO, VCTCXO, OCXO, Stratum-III), PLL's, Lumped Element & Cavity Filters, RF Amplifiers, etc.

15 Jan 2019, 5:59