基于EFM32JG/PG的智能手环低功耗整体解决方案，低功耗、小体积

时间： 2017-05-25 来源：世强作者：潇湘子

目前国内最典型的手环方案是MCU+G-Sensor+BT，部分配备显示屏，实现计步、久坐提醒以及睡眠监测、心率监测等功能。内部搭载低功耗蓝牙功能模块，可以方便连接手机APP软件，实现动态个人健康数据监测功能。

为了实现多功能且更智能化的手环，本文将介绍一款智能手环完整的低功耗解决方案（MCU+Sensor+动态心率算法）。本方案的主控芯片采用SILICON LABS的低功耗MCU EFM32JG/PG，BT采用Silicon labs的超小封装蓝牙模块，模拟电路处理采用SGMICRO的OP及锂电池管理芯片。该智能手环方案可直接输出心率值，且具有低功耗、小体积等特点，是目前典型方案中的质优方案。

图1：智能手环方案框图

一颗"芯"的重要性，低功耗舍我其谁
智能手环作为可穿戴的标志性产品，待机时长、电池的使用寿命是其永远也推不开的话题点。其中作为智能手环核心器件的MCU责任重大，需首当其冲为实现智能手环的低功耗贡献其重要的一份力。本方案采用的EFM32JG/PG具备超低功耗，其运行功耗为60uA/MHz，在睡眠模式下功耗更是低至1.4μA。如此低的功耗对延长智能手环的电池使用寿命是极具重要作用的。

此外推荐使用EFM32PG/JG还有一个重要原因是，这款MCU采用QFN32封装尺寸大小仅为5 mm×2 5 mm。对于智能手环这样空间极其有限的产品来说，空间就是金钱，可谓寸土寸金，所以这样的小体积MCU在设计时可为工程师带去诸多的方便及好处。

大数据时代，为您健康记录每一天
智能手环已不单单是实现手表的计时功能，它还能使用户可以记录日常生活中的锻炼、睡眠、部分还有饮食等实时数据，并将这些数据与手机、平板、ipod touch同步，起到通过数据指导健康生活的作用。智能手环最重要的功能非运动监测莫属。对于普通的运动监测需求，智能手环需要做到动态心率功能，及能实时的长时监测心率，并且需要在运动过程中能较好地排除由运动造成的心率信号干扰。鉴于此，在其数据采集单元的心电采样监测推荐了光传感器+OP方案。这是一款低成本方案，定位专业级的心率检测，甚至可与Polar心率带子媲美。

智能手环实现运动监测，会经常性随着人体的律动而运动，甚至是剧烈抖动。在此情况下，想要实现精准的数据采集并非易事。光传感器推荐使用的是Silicon labs的Si1143-AAGX，因为该传感器在运动状态下仍能维持较高的精确度。上文我们也提及到功耗作为智能手环的软肋，是极其重要的，如此单靠MCU的一己之力又难免有点势单力薄。所以采用待机功耗小于500nA的Si1143-AAGX也是为降低智能手环的功耗加码，且其动态心率检测功耗650μA ，相比其他同类型的产品低几倍功耗。此外，这款传感器将绿光LED和SENSOR封装在一起集成度极高。

OP模拟心率检测部分则采用的是SGMicro的SGM3130/SGM8044。这两款运算放大器带4路运放，具有超小封装。

听懂你才是最重要的交互
作为用智能开头的手环，没点交互功能又怎好意思说自己是智能的。甚至，说交互功能是智能手环的灵魂所在都不为过。

在智能手环方案中，世强代理的SGMicro品牌提供有一系列可供人机交互单元使用的升压DC-DC、背屏驱动IC和LED驱动IC，具体产品型号分别为可产生驱动电压的功耗低以及电压纹波小的SGM6607、稳定性高且极具价格优势的SGM3733B、使用AMOLED驱动的稳定性高且驱动能力强的SGM38041。

火柴棒头大小，智能手表的大小它来决定
作为可穿戴产品，智能手环追求小巧轻便，因此在保证通信能力的前提下对通信单元的器件的体积也有所要求。Silicon Labs火柴棒头大小的智能蓝牙模块BGM121/BGM123，可满足智能手环小体积设计需求。除了体积优势外，该款蓝牙模块集成度高，自带天线，在通信能力上是目前同类产品的佼佼者。其可缩短智能手环的研发时间，为其快速上市提供可能。

当然Silicon Labs的另一款智能蓝牙SOC EFR32BG，在智能手环应用中也颇受青睐。该芯片内部集成EFM32 超低功耗MCU（63uA/MHz运行功耗，1.4μA睡眠功耗），可支持BLE 4.1/4.2蓝牙协议。而且其采用QFN32封装体积超小，仅5x5mm，可为智能手环的小型化设计提供极具优势的帮助。
极佳的时钟和电池管理

除了上述的单元外，智能手环的时钟单元和锂电池管理单元也是设计中不能忽略的部分。在世强的智能手环方案中推荐使用EPSON品牌的产品，RTC实时时钟RX-8130CE和晶体FC-135/FA-20H都是不错选择。大品牌产品品质有保证，供货资源充足，且RX-8130CE拥有全球最小封装（3.2*2.5），FC-135/FA-20H是典型的32.768KHz晶体具有极高的精度，频率范围12~60MHz，同样也拥有小封装尺寸2.5*2.0mm。

在锂电池管理方面，世强推荐使用SGMICRO的充电管理芯片SGM40561、电压管理芯片SGM4073。SGM40561是一款小容量锂电池充电管理芯片，可编程，内置电流传感器，带过压保护。SGM4073又叫电池脱离开关，可实现系统死机复位、延长电池待机时间。所以这两款作为锂电池保护模块的产品，有效实现电池充电监管、系统死机复位功能，延长电池待机时间。

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全部评论（3）

C.Y Lv4 资深工程师 2018-11-05

HDMIl转RGB888接口芯片，求推荐？
- gonagawa_世强回复： HDMI转RGB芯片NCS8802，市面上最稳定的方案。HDMI转YPbPr芯片NCS8828，车规级车机/盒子方案。
  查看全部2条回复
古月工 Lv8. 研究员 2018-12-17

【学习】
aniu Lv7. 资深专家 2018-10-24

好文。值得收藏

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