Health drives the demand for wearable versatility Toshiba's multiple devices face new opportunities

東芝電子元件(上海)有限公司

可穿戴設(shè)備廣泛用于娛樂、運動和醫(yī)療健康等領(lǐng)域，作為把多媒體、傳感器和無線通信等技術(shù)嵌入人們的衣著或配件的設(shè)備，可支持手勢和眼動操作等多種交互方式。作為消費電子業(yè)面臨的又一個新發(fā)展機遇，可穿戴設(shè)備經(jīng)歷了前些年從概念火爆到實際產(chǎn)品大量普及的過程之后，行業(yè)前景一直穩(wěn)步成長。據(jù)統(tǒng)計，2019年全球可穿戴技術(shù)產(chǎn)品市場的規(guī)模超過了500億美元，是2014年的2倍以上，可以說可穿戴設(shè)備已成為過去5年來消費電子領(lǐng)域最成功的市場之一。

1市場需求持續(xù)爆發(fā)

雖然2020年全球經(jīng)歷了嚴重的新冠疫情影響，部分消費類電子產(chǎn)品的銷售遇到非常大的挑戰(zhàn)，但可穿戴設(shè)備的市場前景一直廣為看好，并且從市場數(shù)據(jù)中得以證明。調(diào)研機構(gòu)IDC近日發(fā)布的2020年第一季度全球智能穿戴設(shè)備市場銷售數(shù)據(jù)顯示，全球智能穿戴設(shè)備出貨量7 260萬部，同比增長29.7%。IDC預(yù)測全球可穿戴設(shè)備出貨量突破3億部，同比增長超70%，全球可穿戴市場規(guī)模呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。

隨著以中國為首的部分亞洲和歐洲國家疫情逐步得到控制，市場在二季度開始復(fù)蘇，人們積攢的消費欲望也會得到進一步釋放。特別是由于疫情的影響，人們更加重視個人的健康管理，針對人體健康元素的監(jiān)測功能在可穿戴設(shè)備中也會增加，這將是可穿戴設(shè)備的下一輪爆發(fā)機遇。個人健康數(shù)據(jù)的隨時和便捷的獲取是可穿戴設(shè)備相比于傳統(tǒng)醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備最大的優(yōu)勢所在。在過去5年里，可穿戴設(shè)備最主要的增長點來自于智能手表、持續(xù)血糖監(jiān)測系統(tǒng)(CGM)、助聽器、耳機和AR(增強現(xiàn)實)、VR(虛擬現(xiàn)實)和MR(介導(dǎo)現(xiàn)實)。這次全球疫情帶來的醫(yī)療資源緊缺的情況，促使很多用戶對一些高級監(jiān)測功能的家庭需求變得更加突出，例如心電圖跟蹤、睡眠呼吸暫停檢測、心律失常檢測和血氧跟蹤等，這些無疑會帶來可穿戴設(shè)備全新的機遇和挑戰(zhàn)。

2020年第一季度，中國可穿戴設(shè)備市場主要呈現(xiàn)3個特點：①耳機和成人手表逆勢增長;②消費者對價格的敏感度升高;③多功能集成能力愈發(fā)重要。特別是隨著以藍牙5.0等為代表的無線技術(shù)快速發(fā)展，以及可穿戴生態(tài)逐漸成熟，可穿戴設(shè)備正在進入崛起的起點。各廠商將在主打運動健康類的細分手表市場上紛紛跟進，以兼具良好體驗和親民價格的產(chǎn)品進一步挖掘市場潛力。同時，具有應(yīng)用拓展功能的智能手表市場也在蘋果等巨頭廠商的推動下保持穩(wěn)定增長。

2多功能提出全新器件要求

低功耗和電池的續(xù)航能力無疑是可穿戴設(shè)備設(shè)計中重要制約性因素，可靠性和小尺寸則是對可穿戴設(shè)備中元器件的另一個重要要求，特別是伴隨著更多功能的融入，對器件的尺寸、可靠性和高能效都提出了全新的需求。

功能越來越復(fù)雜，對可穿戴設(shè)備的電路系統(tǒng)要求變得更為嚴格，不僅續(xù)航能力要提升，各個功能喚醒設(shè)備越來越多，電源管理和電源保護要求就越來越嚴格。由于可穿戴設(shè)備的工作特性，經(jīng)常會在喚醒和休眠中切換以確保功耗最優(yōu)，因此每次激活都是對供電電路可靠性的一次挑戰(zhàn)，這就要求對供電部分的保護要做得非常出色。另一方面，復(fù)雜的工作環(huán)境，讓可穿戴設(shè)備面臨著極大的工作環(huán)境干擾的挑戰(zhàn)，特別是面對重壓、變形以及溫度和潮濕環(huán)境的影響下對電路可能造成的短路和斷路等問題，成為影響可穿戴設(shè)備的最大不確定因素之一。據(jù)統(tǒng)計，目前可穿戴設(shè)備的故障問題中，外力損壞排名第1，內(nèi)部電路的短路相關(guān)排名第2，充電口故障排名第3，由此可見可穿戴設(shè)備的電源設(shè)計和保護方面需要更多的關(guān)注。

相比于像MCU和SoC這樣的主芯片，可穿戴設(shè)備對電源保護相關(guān)器件的要求更為苛刻，因為這些器件提供的功能必不可少，同時又不是系統(tǒng)設(shè)計在空間和功耗方面最主要的考量因素，因此選擇最可靠又尺寸最優(yōu)的電路保護相關(guān)器件就顯得尤為重要。

3 東芝的解決方案

作為先進的電源器件供應(yīng)商，東芝很早就針對空間要求苛刻的器件進行針對性的研發(fā)，并且可以提供多款可靠性好、尺寸小的供電保護器件。

3.1 負載開關(guān)

負載開關(guān)(Load Switch)是電路中提供多種功能的單元，包括一個輸出以實現(xiàn)具有低壓操作、低導(dǎo)通電阻和低靜態(tài)電流消耗的特點，確保系統(tǒng)可靠性和長續(xù)航時間。

以TCK107AG為例，它結(jié)合了許多功能，例如浪涌電流限制、反向電流保護、過電流保護、熱關(guān)斷和自動輸出放電等在分立器件中很難實現(xiàn)的功能，且通過減少分立器件降低了系統(tǒng)設(shè)計難度和空間成本需求，還能提升系統(tǒng)的可靠性。采用超小型WCSP封裝使底座面積小于1 mm2，大幅節(jié)省電路板空間。它提供的最高輸出電流為1 A，非常適用于要求在低負載條件下實現(xiàn)功率節(jié)省的應(yīng)用場合，滿足絕大部分可穿戴設(shè)備的功率需求。TCK10xG系列具有廣泛的工作電壓范圍(1.1~5.5 V)，在有源操作過程中僅消耗0.2 μA(最大值)。除了這個系列之外，東芝還能根據(jù)設(shè)計的需求，提供更多參數(shù)的負載開關(guān)產(chǎn)品供客戶選擇，滿足客戶不同的電路設(shè)計需求。

3.2 超小封裝MOSFET

新一代可穿戴設(shè)備不斷突破消費電子技術(shù)的界限。智能手表、健身跟蹤器和其他創(chuàng)新技術(shù)的演進需要微型化MOSFET，用以提供領(lǐng)先的性能和效率，從而實現(xiàn)越來越多的復(fù)雜功能。

東芝的MOSFET可以支持各種開關(guān)應(yīng)用，并提供了廣泛耐壓范圍的產(chǎn)品。東芝借助先進的溝槽工藝提供業(yè)界頂級的導(dǎo)通電阻，從而降低了系統(tǒng)功耗，而面向可穿戴應(yīng)用的MOSFET重點突出小封裝優(yōu)勢，東芝可以提供各種封裝尺寸的產(chǎn)品滿足不同的需求，其中，表貼封裝的SSM3K56ACT N溝道和SSM3J56ACT P溝道MOSFET尺寸僅為1.0 mm×0.6 mm×0.38 mm，特別適合各種可穿戴應(yīng)用的設(shè)計需求。

3.3 LDO穩(wěn)壓器

可穿戴設(shè)備不僅要求系統(tǒng)功耗低，還經(jīng)常面臨充電的需求，因此，可穿戴設(shè)備用LDO穩(wěn)壓器作為電源IC也要求具有低消耗電流，以允許在低功耗和穩(wěn)定的輸出電壓下長時間工作。

東芝的LDO產(chǎn)品借助高功率抑制比先進技術(shù)可以消除電源輸入噪聲，在負載突然變化時確保輸出電壓穩(wěn)定，可以實現(xiàn)極低的功率損耗和靜態(tài)電流。為了滿足可穿戴設(shè)備的實際需求，東芝推出了具有快速瞬態(tài)響應(yīng)和高紋波抑制比的"TCR3UM系列”LDO穩(wěn)壓器產(chǎn)品，采用通用型DFN4封裝(1.0 mm×1.0 mm)，使用最先進的CMOS工藝實現(xiàn)了小型貼片式封裝LDO穩(wěn)壓器與300 mA輸出(最大值)。TCR3UM系列產(chǎn)品幫助易受電壓波動(如噪聲)的傳感器和CPU實現(xiàn)了更長時間的電池驅(qū)動和穩(wěn)定的操作。它們還包括過熱保護、過流保護和浪涌電流抑制等保護功能。該系列根據(jù)輸出電壓范圍不同(0.8~5.0V)，設(shè)有36個型號的輸出電壓范圍為，客戶可根據(jù)具體應(yīng)用選擇適合的產(chǎn)品。

DFN4 封裝圖

東芝LDO產(chǎn)品性能優(yōu)勢比較

3.4 ESD、SBD和保護產(chǎn)品

除了上述產(chǎn)品之外，東芝在可穿戴設(shè)備電源保護方面還有更多產(chǎn)品值得關(guān)注，比如傳統(tǒng)的靜電防護ESD相關(guān)產(chǎn)品DF2B7BSL，SBD二極管相關(guān)產(chǎn)品CES520，憑借小尺寸和高可靠性非常適合可穿戴產(chǎn)品的保護性應(yīng)用。

而在新的保護方式上，eFuse IC具有高速電流中斷功能，當電流過大時內(nèi)置MOSFET會關(guān)閉。此外，它不會被單一過電流破壞，可重復(fù)使用。它的優(yōu)點在于可以結(jié)合各種保護功能，例如過電壓保護。該產(chǎn)品還可以有效地降低維護成本和維修恢復(fù)時間。

東芝最新的TCKE805xx 系列可以提供高過流保護的精度(+-11%)和高過壓鉗位精度(+-7%)，并帶有典型值為150 ns的超快速熱關(guān)斷功能且輸出電流可調(diào)(0.5-5A)，特別的，電壓壓擺率可調(diào)功能使浪涌電流可以保持在非常低的水平。

文章轉(zhuǎn)自：電子產(chǎn)品世界。