延長電池使用壽命是智慧型手表的首要開發(fā)考量。為達成此一目標,設計人員須選用在工作/動態(tài)模式下功耗較低,且能同時維持高性能運作的微控制器(MCU),并導入快速喚醒功能,以便讓MCU盡可能處于休眠或閒置模式,進一步降低系統(tǒng)總體功耗。
所謂的智慧型手表該如何定義呢?基本上,智慧型手表是設計成手表外型、可戴式的運算裝置,當和智慧型手機無線連結時,可提供更多的智慧型功能。一般常見的功能包括了日曆通知、電子郵件或簡訊提示。若是同時還內建感應器,如加速度計或溫度感測器等,智慧型手表就能夠幫助記錄與監(jiān)控使用者的運動進度、表現和心跳率等。有些手表還能控制音樂、讀取簡訊,甚至能透過使用者手機的藍牙低功耗(Low Energy, LE)連結,直接透過手表接聽電話。
那麼,對智慧型手表的開發(fā)人員而言,什麼是關鍵的設計考量?在產品設計過程中,很容易會不自覺地想加進更多、更強大的功能。不過性能強大的手表應用程式,通常得搭配相對強大的處理器,而強大的處理器卻往往很耗電,導致具有加分效果的性能提升,就這樣被功耗抵銷掉。畢竟,就算其功能再強大,誰會愿意買一個每隔幾個小時就要充電一次的智慧型手表?
為了要延長電池的使用時間,最好的辦法就是在考慮系統(tǒng)的心臟,也就是中央微控制器(MCU)時,選擇在工作/動態(tài)模式下功耗較低的元件。
在系統(tǒng)設計上,必須讓智慧型手表的中央微控制器,能s夠在大部分時間維持在睡眠模式,而當系統(tǒng)必須被喚醒來執(zhí)行任務時,能夠不影響系統(tǒng)表現,并在最短的時間內被喚醒。
工作/動態(tài)模式下維持低功耗
當然,設計人員希望能在不犧牲性能的前提下具有最低功耗的工作模式,然而如果只是一味降低在工作/動態(tài)模式下的功耗,也會因此降低了微控制器的運算速度,導致微控制器將花費更多時間處于工作模式,才能把任務執(zhí)行完成并進入功耗更低的睡眠模式,最終反而會增加系統(tǒng)的平均功耗。另外大家都知道,系統(tǒng)的操作電壓越低,越能延長電池的壽命。有些微控制器宣稱工作電壓可低至1.8伏特(V),但實際上,當其工作電壓在1.8V時,不僅運算速度降低,同時某些周邊功能可能無法正常運作,這些都不是真的能幫助系統(tǒng)降低功耗的技術。
目前市場上已有業(yè)者推出能在低功耗的情形下維持高性能運作的微控制器。如愛特梅爾(Atmel)的SAM4L微控制器系列,就能夠在不用改變產品規(guī)格的情況下,保持低至1.68V的工作電壓,并且維持最高性能,且其外圍周邊操作不受影響。根據費氏(Fibonacci)基準,該系列是市面上擁有最低工作/動態(tài)模式功耗(90μA/MHz)的ARM Cortex-M4微控制器。若再加以運用功率調節(jié)(Power Scaling)技術,可以進一步平衡最大時脈速度和功耗。
除此之外,如果設計人員選用的微控制器能夠提供不同的電壓調節(jié)器選擇,可進一步降低在工作/動態(tài)模式下的系統(tǒng)功耗。例如降壓或開關穩(wěn)壓器能夠在操作電壓為2~3.6V時提供更高的功率,或是線性穩(wěn)壓器在1.68~3.6V的范圍內運作,具有較高的抗噪性,而在小于2.3V范圍內調節(jié)器則可達到最高功率。