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作者：Nini Zhong

（Eileen Zhang 是本技术文章的合著者。）

器件的静态电流 (I_Q) 对于连续血糖监测器 (CGM) 等低功耗节能终端设备而言，是一个重要参数。集成电路在轻负载或空载条件下消耗的电流会显著影响待机模式下的功率损失，以及系统的总运行时间。

由电池供电的负载实际上并不是常开型负载，而是脉宽调制 (PWM) 负载，这意味着负载包含两个时间段：t_PWM 和 t_Standby，如图 1 所示。尽管 t_Standby 占总负载周期（在图 1 中显示为 T）的  99.9%，但它对提升效率（尤其是轻负载效率）仍非常重要。

图 1：电池系统负载情况

为了提升效率和延长电池使用寿命，人们面临着降低待机模式功率损失、限制电流尖峰和减小导通时间脉冲期间占空比的诸多挑战。具有低 I_Q 的升压转换器可帮助降低电池的总功率损失。

选择低 I_Q 升压转换器来提升总效率

CGM 展示了为何最大程度降低 I_Q 对于延长电池使用寿命是重要的。图 2 展示了 CGM 电源块，其中包括一个用于读取血糖浓度的传感器，一个用于捕获血糖读数的发送器和一个用于通信和显示的无线接收器。该发送器由一个纽扣电池、升压转换器和模拟前端组成（图 3），该模拟前端消耗大部分电能。

图 2：CGM 的电源架构

图 3：CGM 发送器的电源架构

图 4 展示了模拟前端的负载电流。如您所见，发送器在 99% 的时间处于待机模式。

图 4：CGM 发送器中电流消耗随时间的变化

公式 1 计算了电池在一个负载周期中提供的总功率为：

   (1)

降低 I_Q 可直接提升待机模式下的效率。

德州仪器的 TPS61299 升压转换器仅从 V_OUT 中消耗 95nA 的 I_Q，因此可在 CGM 的以下典型待机条件下将效率提升 39%：V_IN = 3.0V，V_OUT = 3.3V 且待机 I_OUT = 10µA（图 5）。在每个 288s 的负载周期中，30mA 的导通时间脉冲负载持续 600ms，相当于每天节省多达 2.53W 的功率。提升待机模式下的效率最终可延长 20% 的电池使用寿命。

图 5：TPS61299 和 600nA I_Q 器件的效率曲线

限制电池的放电电流

尽管高能量密度、低放电纽扣电池极其常见，但其主要缺点是具有高等效串联电阻 (ESR) 和有限的电流能力。PWM 负载应用的占空比小，高电流脉冲会产生远高于放电电流的高浪涌电流尖峰，这对电池容量和电池使用寿命都会产生不良影响，尤其是在使用超级电容器时。同样，ESR 会随着电池老化而增大，由电流尖峰导致的功率损失也会相应增加。

电池容量与放电电流成反比，电池使用寿命与容量具有线性关系，如图 6 所示。将放电电流从 500mA 降至 100mA 可将电池使用寿命增加一倍。

TPS61299 升压转换器系列提供从 5mA 到 1.5A 的输入电流限值，可精确限制导通时间脉冲期间的放电电流，帮助延长电池使用寿命。

图 6：电池使用寿命与放电电流

选择具有快速瞬态响应时间的器件

通过减小负载的导通时间脉冲宽度来降低总功率损失，也能延长电池的总使用寿命。

图 7 展示了智能手表 LED 的逐周期负载情况。PWM 负载包含两个阶段：瞬态时间 (t_tran) 和采样时间 (t_sample)。t_tran 测量升压转换器在发生负载电流或电源电压突变后快速稳定至目标输出电压的时间。t_sample 是光电二极管稳定后的恒定值。

缩短t_tran 会大大缩短 PWM 时间 (t_PWM)，反过来增加消隐时间 (t_BLANK)，并使 I_Q 运行状态时间更长。假设可以将 t_tran 从 100µs 降至 10µs，且 t_sample 为 10µs、周期时间为 250µs，则可以将 t_BLANK 从 140µs 延长至 230µs，如图 8 所示。

图 7：传统 PWM 负载

图 8：具有快速瞬态性能的 PWM 负载

在 t_BLANK 和缩短的 t_tran 时间内，通过维持低 I_Q 来实现高效率总是步履维艰。低 I_Q 器件的响应时间总是很长，因为在 I_Q 非常低的情况下为内部寄生电容充电是具有挑战性的。

然而，TPS61299 可实现更快的瞬态响应时间，且带宽更宽。例如，在 3.6V 输入和 5V 输出条件下，输出电流从 0mA 升高至 200mA 的典型稳定时间是 8µs，如图 9 所示。

图 9：TPS61299 的瞬态波形

结语

为帮助设计人员降低电池总功率损失，TPS61299 升压转换器同时整合了三种有效的方法：

• 选择低 I_Q 升压转换器来提升总效率。

• 限制电池的放电电流。

• 选择具有快速瞬态响应时间的器件。

关于德州仪器 (TI)

德州仪器 (TI)（纳斯达克股票代码：TXN）是一家全球性的半导体公司，致力于设计、制造、测试和销售模拟和嵌入式处理芯片，用于工业、汽车、个人电子产品、通信设备和企业系统等市场。我们致力于通过半导体技术让电子产品更经济实用，创造一个更美好的世界。如今，每一代创新都建立在上一代创新的基础之上，使我们的技术变得更小巧、更快速、更可靠、更实惠，从而实现半导体在电子产品领域的广泛应用，这就是工程的进步。这正是我们数十年来乃至现在一直在做的事。欲了解更多信息，请访问公司网站www.ti.com.cn

今日，OPPO宣布2023 OPPO开发者大会将于11月16日10：00在上海世博中心举办，大会主题为“创变与共 智享无界”。届时，OPPO将面向开发者、合作伙伴和用户，发布全新的ColorOS 14，并分享在服务生态及健康领域的最新探索。

2023 OPPO开发者大会定档11月16日

大会主论坛共有三大核心内容，分别是：ColorOS 14发布，基于潘塔纳尔系统及AndesGPT赋能升级，带来智慧互融新体验；全新服务生态，得益于潘塔纳尔系统的开放赋能，探索服务找人的全新分发模式；以及健康探索，以技术创新为驱动力，为用户带来贴心的健康守护。

大会还将设置包括OPPO智行、应用服务、游戏、广告联盟、出海、ColorOS能力、潘塔纳尔系统在内的七大分论坛，以及十大互动展区和动手实验室、技术对话局两类开发者技术交流活动，OPPO希望与全球开发者及合作伙伴一起，探讨创新技术和发展新机遇。

此外，OPPO还公布了ColorOS 14 x Android™ 14 升级公测计划，让更多用户率先体验ColorOS新版本的亮点功能。基于Android™ 14开发的ColorOS 14将带来泛在服务智慧体验、流畅体验等一系列全新升级。本次公测将覆盖包括Find X6系列、Find N2系列等在内的51款机型。

目前，大会已开放预约入口。即日起，登录“2023 OPPO开发者大会”官网（https://odc23.oppomobile.com/mobile/home），即可了解更多大会信息，并预约参会。

涵盖工业和通信领域以及智能嵌入式视觉、电机控制和光学接入技术等十个系列的协议栈

内容包括 IP、参考设计、开发套件、应用说明、演示指南等

为智能边缘设计系统正面临前所未有的困难。市场窗口在缩小，新设计的成本和风险在上升，温度限制和可靠性成为双重优先事项，而对全生命周期安全性的需求也在不断增长。要满足这些同时出现的需求，需要即时掌握特殊技术和垂直市场的专业知识。没有时间从头开始。Microchip Technology Inc.（美国微芯科技公司）今日宣布在其不断增长的中端FPGA和片上系统（SoC）支持系列产品中增加了九个新的技术和特定应用解决方案协议栈，涵盖工业边缘、智能嵌入式视觉和边缘通信。

Microchip FPGA业务部战略副总裁Shakeel Peera 表示：“我们正在让创建业界领先的工业和通信设计等工作变得更加容易。得益于 PolarFire^® FPGA 无与伦比的能效、安全性和可靠性，我们的智能边缘产品正受到领先系统设计人员的青睐。”

红外成像领域的先驱 Xenics 公司首席运营官Federic Aubrun 表示：“在设计热成像系统时，尺寸、重量和功耗是极为重要的考虑因素，Xenics拥有一流的短波、中波和长波红外成像器、内核和摄像机产品。在我们当前和下一代产品的极低功耗预算范围内，Microchip的SmartFusion^®和PolarFire FPGA实现了小外形尺寸、能效和处理资源之间的最佳平衡。”

KAYA Instruments公司创始人兼首席执行官Michael Yampolsky表示：“我们使用PolarFire FPGA，因为它们体积小、能效高，使我们的相机能够适应狭小的空间，同时利用最新的 CMOS 传感器技术获得高质量、低噪声、出色的动态范围和庞大的功能集。我们的平台通过使用 PolarFire FPGA，能够将最新的视觉技术迅速推向市场，满足客户的需求。”KAYA 设计工业级成像设备，包括小尺寸、低功耗相机和图像采集卡，可在一般到极端环境光条件下提供出色的视频质量。

此前，Microchip 6月份已宣布推出面向OPC/UA（开放平台通信/统一架构）的工业边缘协议栈和广泛的资源，以帮助客户转用 PolarFire FPGA 和 SoC。

量身定制的解决方案协议栈——仅适用于PolarFire FPGA和SoC

与那些为过于广泛的应用类别提供基线支持的替代方案不同，PolarFire FPGA智能边缘解决方案协议栈是针对特定技术和垂直市场需求而高度定制的，包括详细的知识产权 （IP）、参考设计、包含示例设计的开发包、应用说明、演示指南等。

Microchip 新的 PolarFire FPGA 和 SoC 智能边缘解决方案和协议栈适用于以下应用：

智能嵌入式视觉：

• H.264压缩

• HDMI^®

• 串行数字接口

• CoaXpress^®

工业边缘应用：

• 电机控制

• 开放平台通信/统一架构（OPC/UA）

边缘通信：

• 软件定义无线电

• USXGMII

• 小型可插拔（SFP+）光模块

• 5G ORAN

关于PolarFire^® FPGA系列

Microchip的PolarFire器件在同类产品中处于领先地位，可提供两倍的能效、军事级安全性和业界最高的可靠性。随着Microchip继续在尺寸更小、成本更低的工业、物联网和其他边缘计算产品中提高计算能力，公司将通过PolarFire 2 FPGA路线图进一步扩展产品功能。PolarFire SoC器件具有实时的、基于Linux^®的RISC-V微处理器子系统，是市场上唯一的SoC，通过在快速FPGA结构中经过强化的RISC-V内核复合物创造新的可配置处理能力。该系列FPGA和SoC器件是在FPGA结构内创建定制计算的理想选择，对于推动智能边缘系统市场的快速增长发挥了重要作用。开发人员可以借助这些软件工具，使用Microchip的PolarFire系列产品进行设计。这些工具可在公司网站获取。所有第一代PolarFire器件都已全面投产。

Microchip Technology Inc. 简介

Microchip Technology Inc.是致力于智能、互联和安全的嵌入式控制解决方案的领先供应商。其易于使用的开发工具和丰富的产品组合让客户能够创建最佳设计，从而在降低风险的同时减少系统总成本，缩短上市时间。Microchip的解决方案为工业、汽车、消费、航天和国防、通信以及计算市场中12万5千多家客户提供服务。Microchip总部位于美国亚利桑那州Chandler市，提供出色的技术支持、可靠的产品交付和卓越的质量。详情请访问公司网站www.microchip.com。

在过去的几十年里，网络智能已经遍布我们的城市、家庭和办公室，对从恒温器到交通信号灯的一切事物实现了赋能，并随着制造商考虑如何通过连接技术和数字化的进步或工业 4.0 来提高产量而蔓延到工厂车间。

“大多数人都通过将边缘节点或终端连接到互联网在家中体验过自动化”，德州仪器副总裁兼高速数据 (HSD) 部门总经理 Ahmed Salem 说道。“同样，工业 4.0 涉及将信息技术的创新与运营技术联系起来，使制造系统变得更加智能和自主。”

笼式机器人定义了工业 3.0 时代，它们传统上用于重工业，并且往往只执行有限数量的可重复任务，而工业 4.0 涉及足够智能的机器人，它们可以与人类一起安全自主地组装从汽车、飞机机翼到智能手机和笔记本电脑的任何东西。

在速度与可靠性之间找到平衡

现代工厂网络架构的趋势是，通过持续制定行业标准和协议（如时间敏感网络 (TSN)、EtherCAT 和 Profinet）来提高效率、安全性和可持续性。

“在家里，同步或数据丢失问题只是令人沮丧而已”，Ahmed 说道。“但在工业自动化领域，可靠性和值得信赖的通信至关重要，因为数据丢失的后果可能代价高昂，甚至是灾难性的。”

即使是像发送控制信号时意外产生几毫秒延迟这样简单的事情，也可能导致压缩天然气机器不同步，造成永久性损坏。在最坏的情况下，断开连接可能会导致机械臂失控等危险情况。

由于这些原因，工厂过去依赖于经过实践验证的确定性通信技术，确保在设定的时间窗口内发送所有控制信号。然而，其中大多数技术都存在速度慢这一缺点，这会阻碍大量信息的快速流动，从而影响多传感器智能控制系统发挥作用。

相比之下，以太网长期以来一直提供高级自动化所需的带宽，最大速度为几十、几百甚至上千兆比特数量级。例如，EtherCAT 和 Profinet 就是专为应对工业环境挑战而设计的工业以太网协议。使用工业以太网的新工业通信装置比例从 2016 年的 38% 增加到今年的 68%。

此外，TSN 标准的开发使以太网成为控制网络的常见选项，因为以太网可通过高度精确的分布式时钟和自动确定时间敏感控制消息优先级等功能，确保在指定的时间窗口内发送控制信号。

德州仪器的产品组合品类丰富，包括上述连接解决方案以及更多有线或无线解决方案，并经过验证和测试，符合最高的工业、汽车和监管标准。

与传统基础设施搭配使用

虽然较新的协议和 TSN 使以太网适合在工业控制环境中使用，但安装成本仍然是阻碍其得以采用的因素。

以往，以太网设计使用多根双绞线电缆，最大长度可达 100 米。这意味着，想要采用以太网的制造商不仅需要更换所有电缆，还将不得不改变使用较早单线对技术建造的工厂的整个布局，这涉及到的电缆长度长达几公里。

大多数制造商无法承受停止生产线数周来更换昂贵基础设施的成本，因此单线对以太网的开发（可以使用工厂的现有电缆运行）一直是实现技术采用的关键。

“单线对以太网是一种易于采用的以太网版本，无需从根本上改变您构建制造设施的方式”，以太网联盟行业联盟主席 Peter Jones 说道。“与其期望工厂满足现代信息技术的要求，不如去问问他们需要什么，以及我们能提供什么帮助。”

作为以太网联盟的成员，德州仪器致力于通过支持单线对、多线对或光纤布线的物理层收发器系列，帮助开发工业以太网的多种形式。自动化系统设计人员可从这些产品中选择 10/100Mbps 和 10/100/1000Mbps DP838x 工业以太网收发器实现高速率和低延时，或选择 DP83TD510 收发器实现 2 公里的电缆长度。所有收发器都能够抵抗工厂环境中的高温和电磁噪声影响。

制造业的精益化未来

建设制造业的美好未来是一个持续过程。随着复合传感器变得越来越经济实惠，人工智能 (AI) 功能变得越来越精进，人们对更高通信带宽的需求也在日益增加。但随着这些挑战的出现，创建更可持续和更高效制造工艺的机遇也相继而来。

专为支持边缘 AI 而设计的处理器（例如德州仪器的 AM6xA 处理器产品系列）可省去与集中式可编程逻辑控制器通信的需求。在本地运行机器视觉算法不仅可以使机器人与人类一起工作，甚至可以使它们向人类学习。例如，通过调整可以使个人以更优顺序执行一系列装配任务。

从长远来看，工业 4.0 还将涉及对关键系统（包括传感器、执行器及其连接的通信基础设施）的持续监控以及预测性分析的部署（可以自动预测何时需要维护或维修工作）。

对于较新的基于视觉的机器人系统，V3Link 等技术可实现低延时、同步和可扩展的无压缩视频传输，有助于避免工厂车间发生事故。

改善人与其他机器人之间的协调需要先进的本地处理，并且通常还需要无线连接，以实现可靠的室内定位系统（请参阅 Wi-Fi、低功耗蓝牙 (BLE) 和 Sub-1Ghz/BLE 等重要选项）。

“关闭工厂进行维护的成本很高”，Ahmed 说道。“如果您制定了定期维护计划，就必须定期维护，无论是否需要。相比之下，预测性维护意味着您可以仅在需要时执行维护工作，从而避免不必要的停机和浪费。”

对于各制造商来说，在安全性、效率和可持续性方面的这些改进比可选优势更重要。“这些举措对整个社会来说都非常重要，因为我们希望优化我们的系统以更好地应对 21 世纪的挑战，”处理器副总裁兼总经理 Roland Sperlich 说道。

“在接下来的 10 年里，我认为我们将开始看到传感器技术和边缘 AI 在降低功耗方面发挥作用，例如，允许我们动态关闭工厂的某些部分，然后在需要时快速让它们恢复生产”，他说道，“随着世界各国都需要适应不断增长的人口和超负荷运转的电网，这些创新对于实现节能至关重要，而节能不仅符合客户预期，也符合我们所有人的需要。”

关于德州仪器 (TI)

德州仪器 (TI)（纳斯达克股票代码：TXN）是一家全球性的半导体公司，致力于设计、制造、测试和销售模拟和嵌入式处理芯片，用于工业、汽车、个人电子产品、通信设备和企业系统等市场。我们致力于通过半导体技术让电子产品更经济实用，创造一个更美好的世界。如今，每一代创新都建立在上一代创新的基础之上，使我们的技术变得更小巧、更快速、更可靠、更实惠，从而实现半导体在电子产品领域的广泛应用，这就是工程的进步。这正是我们数十年来乃至现在一直在做的事。欲了解更多信息，请访问公司网站www.ti.com.cn