2021년 10월 21일 목요일

T Technical Report

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웨어러블(WEARABLE) 디바이스 배터리 관리의 모든것!


저전력 마이크로컨트롤러 및 통신 IC들이 발전하면서 다양한 애플리케이션을 구동하는 가볍고 간편한 웨어러블 스마트 기기를 실현할 수 있게 되었다. 이미 스마트 와치 신체 신호 모니터링 밴드 등 여러 기기들이 널리 사용되고 있다. 

애플리케이션

• 전력 및 배터리 관리
웨어러블 기기의 전력 시스템은 전압 출력이 감소하는 전압 소스인 배터리 전압을 조절할 수 있어야 한다. 레귤레이터는 충전효율을 극대화할 수 있도록 매우 효율적이어야 하며 설계 시 필요한 레일 수를 공급해야 한다. 충전식 Li+ 배터리의 사용 가능한 전압 범위는 4.2V에서 약 3.2V에 이른다. 대부분의 웨어러블 제품은 단일 셀 Li+ 배터리의 최소 충전량보다 낮은 메인 전원 레일을 사용하기 때문에 웨어러블 디자인의 메인 레일은 스텝-다운 레귤레이터로 공급된다. 웨어러블 제품의 일부 기능은 단일 셀 배터리로 제공되는 것보다 높은 전압 레벨이 필요할 수 있다. 이러한 전압 레벨을 공급하려면 전력 관리 기능에 최소한 하나의 스텝-업 레귤레이터가 있어야 한다. 필요한 레일 수는 장치의 기능에 따라 다르지만 최적의 효율을 위해서는 필요한 레일 수를 최소화하는 것이 좋다.
웨어러블을 위한 PMIC 
웨어러블을 위한 부스트 레귤레이터 
웨어러블을 위한 배터리 차저 
웨어러블을 위한 배터리 연료 게이지 

• 프로세싱
전력 사용 및 프로세싱 기능은 웨어러블 애플리케이션을 위한 마이크로컨트롤러의 가장 중요한 선택 기준이다. 어떤 시스템 기능이 마이크로컨트롤러에 통합되는 것이 좋고 또는 외부에서 처리될 수 있는지를 결정하기 위해 시스템 파티셔닝 전략이 사용된다. 웨어러블 헬스 기기는 신체 신호를 판독해야 하기 때문에 로우-레벨 신체 신호를 정확하게 처리할 수 있도록 모든 온칩 아날로그 회로 기능도 고려해야 한다.
웨어러블을 위한 고성능 마이크로컨트롤러 

• 센서 및 센서 인터페이스
바디 센서의 전기 출력은 밀리볼트 또는 마이크로볼트 범위로 매우 낮은 규모다. 따라서 웨어러블 헬스 애플리케이션에 적합한 대부분의 센서는 단일 다이 또는 패키지 안에 증폭 및 변환 회로를 통합하여 더 높은 레벨의 아날로그 신호 또는 직렬 디지털 신호를 출력한다.
바디 웨어러블 센서 


주요 제품

• 배터리 관리
 

[SHA-256 인증을 획득한 스탠드얼론 ModelGauge m5 연료 게이지]


MAX17201/5/11/15

SHA-256 인증을 획득한 초저전력 연료 게이지 IC는 특성화가 필요없으며 팩-측면 구현에 이상적이다. 

[마이크로파워 1-셀/2-셀 Li+ ModelGauge IC]

MAX17048

초소형 저전력 연료 게이지는 배터리 런타임을 극대화하고 전류 감지 저항을 제거할 수 있다.

[USB/AC 어댑터 Li+ 선형 배터리 차저]

MAX8606

이 완벽한 1-셀 Li+ 배터리 충전 관리 IC는 USB 포트 또는 AC 어댑터로 동작한다. 또한 배터리 차단 스위치나 전류 감지 회로 PMOS 패스 소자 열-조절 회로를 통합하고 있어 간단한 소형 충전 솔루션을 만들기 위해 외부 리버스-블록킹(Reverse-Blocking) 쇼트키 다이오드를 제거할 수 있다.

[업계 최소형 1.55A 1-셀 Li+ DC-DC 차저]


MAX8971

이 디바이스는 발열을 최소화하면서 빠르게 충전이 가능하다. 다양한 어댑터로 충전되며 JEITA-준수 온도 모니터링 기능을 갖추고 있어 안전성을 극대화하고 최대 22V의 과도입력을 견딜 수 있다. 

[웨어러블 충전 관리 솔루션]


MAX14690

이 배터리 충전 관리 솔루션은 2.7mm x 2.5mm 패키지에 각각 초저 대기전류를 제공하는 최고 5개의 조절 전압과 스마트 전원 선택기 전력에 최적화된 여러 주변장치를 갖춘 선형 배터리 차저를 포함하고 있다.

[ModelGauge m3 연료 게이지]


MAX17047/MAX17050

이 배터리 연료 게이지는 쿨롬 카운팅 및 전압-기반 ModelGauge 알고리즘을 모두 사용하여 단기 및 장기간의 탁월한 정확도를 제공한다. ModelGauge m3은 순수 전압-기반 연료 게이지보다 단기 정확도가 뛰어난데다 쿨롱 카운터의 오프셋 누적 오류를 없애준다.

• 프로세서

[충전식 기기를 위한 고성능 조처전력 Cortex-M4F 마이크로컨트롤러]


MAX32620/1

이 마이크로컨트롤러는 고효율 신호처리 기능을 제공하면서도 저비용의 사용이 편리한 솔루션이다. 이 디바이스는 4가지의 강력하면서도 유연한 전력모드를 제공한다. 내장된 동적 클럭 게이팅 및 펌웨어 제어 전원 게이팅은 모든 애플리케이션에서 전력 소모를 최소화한다. MAX32621은 암호화 및 첨단 보안 기능을 제공하는 TPU(Trust Protection Unit)를 통합하고 있다.

[웨어러블을 위한 초저전력 고성능 Cortex-M4F 마이크로컨트롤러]

MAX32630/1

ARM® Cortex®-M4F 32bit 마이크로컨트롤러는 웨어러블 애플리케이션에 이상적인 부동소수점 연산장치를 갖추고 있다. 이 아키텍처는 획기적으로 전력소모를 절감할 수 있는 초저전력의 고효율 신호처리 기능과 사용 편의성을 겸비하고 있다. 두 제품 모두 하드웨어 AES 엔진을 포함하고 있으며 특히 MAX32631은 암호화 및 첨단 보안 기능을 갖춘 TPU(Trust Protection Unit)를 통합하고 있다.

• 센서

[웨어러블을 위한 산소포화도 측정기 및 심박 센서]


MAX30102

이 산호포화도 측정기 및 심박수 모니터 바이오 센서 모듈은 내부 LED와 광 검출기 및 광학 요소들과 모바일 및 웨어러블 기기를 위한 주변광 제거 기능을 갖춘 저잡음 전자장치가 포함되어 있다.

• DC-DC 레귤레이터

[트루 셧다운 기능이 내장된 28V 내부 스위치 LCD 바이어스 전원]

MAX1606

부스트 컨버터는 내부 스위치를 사용하여 0.8V의 낮은 입력에서 최대 28V를 제공하며 트루 셧다운(True Shutdown™) 기능을 갖추고 있다. 

[30V 내부 스위치 LCD 바이어스 전원]

MAX1605

초소형 6핀 SOT23 패키지에 0.5A 내부 스위치를 갖춘 부스트 컨버터는 0.8V의 낮은 입력을 처리할 수 있다. 

[휴대형 애플리케이션을 위한 스텝-업 컨버터]

MAX8969

초소형 WLP 패키지 기반의 간단한 1A 스텝-업 컨버터는 단일 셀 리튬이온 애플리케이션에 사용이 가능하다. 이 IC는 입력 저전압 록아웃(Undervoltage Lockout) 단락회로 과열 셧다운과 같은 보호기능을 제공한다. 
 

솔루션

대표적인 웨어러블 제품의 블록 다이어그램을 비롯한 웨어러블 헬스 제품 설계에 대한 보다 자세한 내용은 웨어러블 헬스케어 솔루션에서 확인할 수 있다.