基于MAX32660的超低功耗可穿戴设备电路设计

随着电池供电的可穿戴设备越来越受欢迎，可穿戴设备制造商为保持产品竞争力在不断地增加更强大的功能。对于消费者经常使用的健身手表而言更是如此。此类设备始终处于开启状态，用户不断寻求新特性和增强的性能。 然而，增加更强大的功能通常需要改用更强大的微控制器，以便控制和监管手表的功能。这样做的弊端是会缩短电池续航时间，需要更频繁地给电池充电，从而影响用户体验。本文讨论始终开启型可穿戴设备对微控制器的独特需求。首先说明如何配置始终开启型可穿戴设备的微控制器，包括低功耗模式和自主外设。

然后介绍 德州仪器 的 16 位微控制器和 美信半导体 的 32 位微控制器，并说明如何利用这些微控制器的重要特性来促进可穿戴式设计。始终开启型可穿戴设备对微控制器的独特需求对于可穿戴设备，两次充电之间的长续航时间可能是对最终用户而言最重要的特性。在线评论可能会赞扬可穿戴产品的精度和特性，但一星失望评价与五星满意评价之间的区别可能就在于充电间隔时间。除了频繁充电的不便之外，电池续航时间短还会造成其他严重影响。锂可充电电池会因为频繁充电而损害总容量，使得电池长时间保持良好状况变得更加困难。

可穿戴设备的电池将在本系列的第 2 部分中讨论。此外，虽然用于充电的连接器通常很坚固，但插拔速度毕竟有限，因此每次充电都会导致磨损。与其他消费类设备相比，可穿戴电子产品具有不同的功耗需求，因为可穿戴设备始终处于开启状态，这需要微控制器必须始终通电。通常，可穿戴电子产品还要进行低功耗蓝牙 (BLE) 连接，蓝牙必须始终处于准备就绪状态，并能与配对的移动设备通信。请注意，可穿戴设备的无线连接将在本系列的第 3 部分中讨论。

然而，可穿戴设备虽然可以在连接可用时将其数据与移动设备同步，但它还必须能够在没有移动连接时独立工作数小时或数天，具体取决于预期用途。智能手表等可穿戴设备的主要用途除了告知时间之外，还有持续监控和记录与 I2C 和 SPI 等串行端口相连的外部传感器的输入。其中可能包括：用于计步器计步的专用加速度计、用于位置跟踪和导航功能的 GPS 无线电以及心率监测器。虽然这些传感器中的大多数可以由用户个别打开和关闭，但优秀工程师设计的系统应该考虑到所有传感器都打开的最坏情况。必须持续地记录从这些传感器收集到的数据。在许多物联网 (IoT) 或消费类移动设备中，记录的传感器数据通常存储在闪存或 EEPROM 等非易失性存储器中。

然而，对闪存或 EEPROM 的写操作会消耗相当大的电流，致使可穿戴设备中的小电池电量快速耗尽。更好的解决方案是将传感器数据存储在 SRAM 中。写入 SRAM 消耗的电流要比写入非易失性存储器少得多。由于微控制器始终处于通电状态，因此 SRAM 传感器数据会持续得到安全的保存，除非可穿戴设备断电，或者用户未给电池充电而导致其电量耗尽。

而存储的传感器数据以无线方式传输并存储在移动设备中，因此即使断电，传感器数据也不会丢失。为尽量降低微控制器的功耗，其中一个重要手段是自主外设。MSP430FR2676TPTR 具有 64 KB 的 德州仪器 FRAM 程序存储器，与闪存微控制器相比，它能以更低的功耗实现更高的读/写性能。该器件具有 8 KB 的 SRAM 和一整套外设，包括 I2C、SPI 和 UART，可用于连接传感器。32 x 32 硬件乘法器可加速乘法运算，降低功耗。MSP430FR2676TPTR 上的 RTC 可配置为以几微秒到数小时的间隔唤醒微控制器。

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