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POWER
WEARABLE
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- ELETTRONICA OGGI 454 - MAGGIO 2016
esempio, a casa o al lavoro, si potrebbe-
ro apportare “al volo” modifiche allo stile
di vita e ai comportamenti, in tempo re-
ale, migliorando la salute e se possibile
prolungando la durata della vita o anche
salvando vite. Fortunatamente, una com-
binazione di riduzione dei costi dei di-
spositivi e progresso della tecnologia dei
sensori ha fatto sì che aumenti sempre
di più il numero di indossabili intelligenti
concepiti per il benessere e applicazioni
mediche, dai dispositivi più semplici, di
misurazione di un singolo segno vitale,
da portare sul corpo, a quelli più complessi, come esosche-
letri dotati di numerosi sensori e da indossare su tutto il
corpo. Ma per quanto riguarda l’elettronica di un circuito in-
tegrato, l’alimentazione efficiente e la “compartimentazione”
di queste tipologie di indossabili non sono problemi banali;
per approfondire questo aspetto, osserviamo più in detta-
glio un tipo di dispositivo indossabile intelligente.
Un tipico dispositivo indossabile intelligente
In generale, l’architettura essenziale di un indossabile intel-
ligente è una combinazione dei seguenti elementi:
•
un microprocessore o microcontrollore o circuito inte-
grato similare;
•
sensori microelettromeccanici (MEMS);
•
attuatori meccanici compatti;
•
un circuito integrato per GPS (Global Positioning System);
•
connettività Bluetooth/cellulare/Wi-Fi per l’acquisizione/
elaborazione e la sincronizzazione dei dati;
•
elettronica per la generazione di immagini e LED;
•
risorse di elaborazione;
•
batteria ricaricabile o a celle primarie (non ricaricabile);
•
elettronica di supporto.
Gli obiettivi progettuali principali concernenti un indossabi-
le sono: piccolo fattore di forma, peso ridotto per agevolare
l’indossabilità/il comfort e consumo di energia ultrabasso
ai fini della massima autonomia della batteria. Tuttavia, ali-
mentare questi dispositivi con efficienza e precisione oltre
che con un assorbimento di corrente minimo non è così
semplice. I seguenti sono alcuni dei problemi principali a
cui far fronte quando si devono alimentare indossabili in-
telligenti:
1
- Un basso consumo di corrente nel circuito integrato di
gestione della potenza in un dispositivo a batteria è di ca-
pitale importanza ai fini di una maggiore autonomia; è ne-
cessario un circuito integrato che realizzi una conversione
nell’ordine di grandezza dei microwatt o dei nanowatt.
2
- Un MEMS richiede un alimentatore regolato silenzioso:
un regolatore a commutazione a basso ripple o LDO (low-
dropout) è ideale per generare tali tensioni poiché queste
hanno basso rumore di uscita.
3
- Le tensioni del sistema di connettività Bluetooth/RF/Wi-
Fi/cellulare richiedono pure basso rumore; un regolatore
LDO o, poiché le correnti di uscita possono essere notevoli,
un regolatore a commutazione a basso ripple o post-regola-
to LDO rappresenta una buona scelta.
4
- La potenza del processore (il “cervello” dell’indossabile);
varie unità – ad esempio, MCU ARM Cortex, DSP, chip GPS
o FPGA – offrono un’ampia gamma di basse tensioni, con
svariati livelli di corrente, e possono essere alimentate da
regolatori a commutazione o LDO.
5
- Poiché non tutti i dispositivi indossabili sono alimentati
con batterie ricaricabili – alcuni potrebbero essere dotati di
batterie a celle primarie (non ricaricabili) che devono offrire
lunga autonomia tra una sostituzione e l’altra – è essenziale
individuare un modo per stimare l’autonomia della batteria.
6
- Dimensioni e peso ridotti fanno sì che l’indossabile sia
più comodo per l’utente; i circuiti integrati in contenitori
compatti offrono ingombri piccolissimi, consentendo quindi
di realizzare il dispositivo in modo che sia leggero e con un
piccolo fattore di forma.
Soluzioni integrate con corrente di riposo ultrabassa
È chiaro che un circuito integrato che risolva sia le esigenze
applicative di dispositivi indossabili che i corrispondenti
problemi già illustrati, deve presentare i seguenti attributi:
•
corrente di riposo ultrabassa, sia nella modalità di funzio-
namento che in quella di arresto;
•
ampia gamma di tensioni d’ingresso, per accettare un as-
sortimento di sorgenti di potenza;
•
capacità di alimentare con efficienza le linee del sistema
(alcune con tensioni più alte, oltre 5V);
•
funzione di conteggio preciso dei coulomb senza influire
notevolmente sulla corrente di riposo del circuito inte-
Fig. 1 – Un tipico circuito applicativo di LTC3388-1/-3