物联网(IoT)影响所及几乎包括现代生活的各个层面。通过收集和分析巨量数据，我们可以管理自己的健康、减少家庭和工作中的能源消耗、监控和改善当地环境等，以及其他许多面向。

物联网的潜在应用是如此多元，不过它们还是有一些共通的关键特性。负责收集数据的装置必须够小、易用且几乎要每时每刻都在工作。这些要求在可穿戴设备中可能是最显而易见的，目前全球已有数百万的人们使用可穿戴设备来追踪自己的活动、监测并改善自己的健康。

为了收集这些必要的数据，可穿戴设备必须时常使用，因此体积必须够小以及够舒适，而且必须要能够持续工作很长的时间。智能家庭感测节点和其他物联网应用也面对相同的要求。

这就引发了如何供电给这些设备的问题。最理想的方式是能直接从所处环境中获取能源，如此它们就能拥有源源不断的电力。虽然在降低功耗及改善能量采集方面已取得长足进展，然而要实现这个理想仍有一些距离。在可预见的未来，我们仍需要仰赖电池做为主要电源。特别是为了尽量降低数十亿装置的电力浪费，可充电电池可能仍是未来数年的电源选择。

可穿戴设备的首选

可穿戴设备的尺寸受到严格限制，而且为了长时间穿戴也必须极其舒适，这意谓着它们必须够轻，所以电池必须尽可能的小。还有，根据IDC和GMI的多项研究显示，电池寿命是消费者购买电池供电便携设备时考虑的首要因素。因此，产品的成功与否，高电池容量是关键所在。

为了同时满足这两方面的要求，使得电池所面临的挑战提升到另一个层次。幸运的是，锂离子电池拥有许多足以克服此一挑战的特性，使其成为可穿戴应用的理想选择。

首先，它们提供高能量密度，让系统设计人员可以选择更轻巧的电池，同时还能提供更长的工作时间。在此同时，相较于镍氢(NiMH)电池和镍镉(NiCd)电池的操作电压是1.2V，锂离子电池的操作电压一般是3.7V，这就意谓锂离子电池需要更少的单电池(cell)数量，才能进一步实现更小、更轻的系统。再者，它们还具有比镍基电池更低的自放电率：每月约2%，相形之下，NiMH和NiCd则是每天高达5%。因此所需充电次数较少，而且长时间未工作后，可立即使用的可能性也较高——这让系统更便于使用。

当然，所有技术都有其不足之处。例如，相较于镍基充电电池，锂离子电池的制造较为复杂，价格也比较高。然而，随着产品大量生产，它的规模经济和持续的技术进展正快速降低成本。

正如近日新闻标题所突显的，锂离子电池也具有更高的潜在安全风险。它们使用易燃的电解质，如果充电电压太高或太低，都可能导致电池着火或爆炸。大部份的锂离子电池具有内部保护电路，就某种程度而言可以防止过压或欠压。然而，相较于镍基电池，锂离子电池仍需要更精密的充电程序。

充电的挑战

为了避免这些安全问题，锂离子电池需要恒定电流(CC)、恒定电压(CV)的充电过程。在这个过程中，电池一开始会以固定的电流充电，直到它达到设定电压。然后，此充电电路会切换至恒定电压模式，提供必要的电流以维持电压的设定值。

电流和电压级的选择必须小心平衡，以取得最佳的结果。利用较高电压充电能增加电池容量，然而，过高的电压可能会对电池施加压力或过度充电，导致永久性损坏、不稳定和危险。同样的，较高的充电电流可以加速充电，但对电池容量会有影响：将充电电流减少30%可让电池储存的电荷增加达10%。

一般来说，充电电流会被设定为电池容量(电池可供电一小时的最大电流)的一半，电压则设定为每电池单元4.2V。然而，已经知道的是，使用稍低的电流和电压值可以减少电池的老化，使其能在更久的充电周期中保持更高的充电容量。

确保安全性

因为这样的复杂性，充电方案必须要能够密切监测充电电流和电压，并且提供稳定的控制电路，以期在充电周期的适当时点维持适当数值(亦即在第一阶段保持电流恒定，以及在第二阶段保持电压恒定)。

此外，充电方案也必须根据严格的标准进行全面测试。这些标准涵盖的测试条件范围很广，比起镍基电池充电的要求更多，并且具有额外的电池特定测试。

JEITA规范

日本电子和信息技术产业协会(JEITA)已发展出说明锂离子电池使用和充电的规范。虽然此规范仅是准则，而非认证组织所拟定的严格标准，但此规范已获产业普遍接受，有助于确保锂离子电池的使用安全。

JEITA规范针对安全充电定义了最低温度(T1)、最高温度(T4)及介于两者之间的三种温度区间(低、中和高)。请见图1。

图1：JEITA规范针对锂离子电池安全充电所订定的温度范围。

针对每一温度区间定义最大安全电流。

‧ 低温区间：最大电流是电池容量的50%

‧ 标准温度区间：最大电流是电池容量的70%

‧ 低温区间：最大电流是电池容量的60%

图2显示这些安全电流及其对应的安全电压区域。

图2：根据JEITA规范锂离子电池充电的安全电流和电压。

采用DA1468x系列实现安全充电

可穿戴设备以及其他许多物联网设备的尺寸及重量都受到严格限制。为了协助确保安全的电池充电，同时符合小体积的要求，Dialog SmartBond DA1468x系统单芯片(SoC)的整合型电池管理功能(具备一些外部组件和链接)可充分支持JEITA规范。

此功能的核心是灵活的CC/CV充电算法。支持200μA至400mA的电流，此算法允许对具有一定容量范围的电池进行充电。图3显示DA1468x SoC如何连接至电池以进行充电。

图3：范例为具有Dialog DA14680或 DA14681的锂离子电池充电电路。

此算法定义四个不同的充电阶段：预充电、恒定电流、恒定电压和电压监测。

充电周期

在侦测到输入电压后，充电随即开始。如果电池严重耗尽(例如电压小于3V)，则算法会启动预充电阶段。在这个阶段，电池是以低电流(大约电池容量的10%)进行“预充电”，直到电池已准备好接受完整的充电电流。这能防止过热。

一旦电池电压达到适当的水平，算法会切换至恒定电流阶段。电池以更高的电流(达到电池容量)充电，直到电压达到4.2V(标称值)。此时，充电器进入恒定电压阶段，以避免过充电的风险。在这个阶段，电压保持在4.2V，而电流下降到约电池容量的10%。从恒定电流到恒定电压的转变是渐进且平顺的，以避免损坏电池。

此时电池已充满电，如果它保持连接，则充电器进入电压监测阶段，并提供周期性充电电荷以抵消电池的自放电。这通常是在电池的开放电路电压下降到4.0V以下时完成。

图4：Dialog DA14680和DA14681的充电周期。

在此基本周期内，系统设计人员可调整一些参数以设定充电程序，包括：

‧ 预充电电流(应设定为10%;亦即介于1和15mA)

‧ 预充电电压Vpcv (应设定为3.05V)

‧ 预充电定时器(默认值=15分钟)

‧ 恒定充电电流Icc (应设定为70%)

‧ 充电电压Vfloat (范围为4.2–4.6V)

‧ 恒定电流(CC)定时器(默认值=180分钟)

‧ 恒定电压(CV)定时器(默认值=360分钟)

内建保护功能

为了协助确保安全，DA14680和DA14681提供许多内建保护功能，以防止因非标准充电情况所造成的问题。 包括针对以下问题的防护：

‧ 欠电压放电

‧ 过电压充电

‧ 过电流充电

‧ 预充电、恒定电流和恒定电压阶段的超时

‧ 低及高电池温度(使用外部负温度系数NTC和连接)

强烈建议电池应具有自身的内部保护，以防止过压充电、欠压放电和过电流放电/充电。此外，电池必须具有内部负温度系数(NTC)传感器，且应该连接至DA14680或DA14681的NTC接脚。此接脚也应该连接至模拟数字转换器(ADC)输入(例如ADC5)。

安全、便利和可靠的可穿戴设备

锂离子技术能实现更小巧的电池且具更大的容量，协助系统设计人员克服外观尺寸的限制，并提供更长的电池寿命，而这正是消费者所期盼的。它们拥有更高的工作电压，这意味着需要的电池单元更少，能进一步缩小系统尺寸并提升设计灵活性。

但是这些电池需要更精密的充电解决方案，以确保安全高效的充电。例如，Dialog的DA1468x系列提供电池管理整合功能，包括符合JEITA规范的充电算法和内部保护功能。 将这些功能全整合于一个单一芯片上，有助于进一步缩减系统尺寸，同时最大化设计弹性和简化设计过程。如此一来，设计人员可以加速提供功能丰富、舒适和外型吸引人的可穿戴设备。

【DA14580】

The smallest and lowest power solution

The DA14580 is the world's smallest, lowest power and most integrated Bluetooth® low energy solution. It gives you the freedom to develop the Bluetooth 4.2 applications you want to, withithout compromise.

As part of Dialog’s SmartBond™ family, the DA14580 is easy to design-in and supports fully hosted applications. It is supported by a complete development environment and Dialog’s SmartSnippets™ software and is available in fully-certified, small-form factor modules that accelerate time to market and without the need for extensive RF experience.

For maximum design freedom, the DA14580 supports Flash or OTP memory. Flash offers the potential for software Over-The-Air (OTA) updates, while OTP provides a simple cost-down path.

Features

Complete Bluetooth® low energy SoC (4.2 specification)

32-bit ARM Cortex M0 microcontroller

Radio current consumption: 4.9 mA RX / TX at 3 V at 0 dBm output power

Under 600 nA sleep mode

-93 dBm Rx sensitivity

0.9 – 3.6 V operating range

Single-pin antenna interface

Up to 32 GPIOs

Supporting software upgrades Over-The-Air (OTA)

Benefits

World leading low power consumption

Smallest form factor

Lowest system BoM

Runs from coin cell, single or dual cell (alkaline or NiMH)

Best-in-class RF link budget

Applications

Human Interface Devices

Health & Fitness

Medical

Proximity & Beacons

Smart Home

DA14580 Development Kit - Basic

Get ahead of the competition

This DA14580 basic development kit gives you all flexibility to develop with confidence. All of the DA14580’s I/Os are available and mapped on to expansion connectors. A debugger is provided on the PCB which in combination with SmartSnippets™, Dialog’s complete software environment, enables you to program and test your applicatiions.

SmartBond™: power, size and system cost without compromise

Features

All flexibility

All I/O’s available and mapped on to expansion connectors

Onboard debugger

Complete software environment available

Starter Kit

Board

Battery

USB cable

Quick starting guide

Ordering Code

Development board: DA14580DEVKT-B

DA14580 Development Kit - Pro

Get ahead of the competition

This DA14580 development kit pro is ideal for software developers who want total control over their software development and want to keep an eye on the power consumption of their application. The Pro kit consists of a starter kit and a daughterboard kit.

The starter kit contains the motherboard that can be combined with one of several daughterboards depending on the targeted DA14580 package (WL-CSP34, QFN40 or QFN48) and gives you access to all of the package’s GPIOs. The kit’s on-board SEGGER chip gives you complete debugging capability while dedicated on-board circuitry allows you, in combination with our complete software environment SmartSnippets™, to profile and fine tune the power consumption of your application.

SmartBond™: power, size and system cost without compromise

Starter Kit

Bluetooth low energy motherboard

Bluetooth low energy USB Dongle

CR2032 battery

USB cable

Quick starting guide

Daughterboard Kits

The daughterboard kits to fit the start kit are available as follows:

1x WL-CSP34

1x QFN40

1x QFN48

Ordering Codes

Motherboard: DA14580DEVKT-P

Daughterboard WL-CSP34: DA14580UNDB-P

Daughterboard QFN40: DA14580ATDB-P

Daughterboard QFN48: DA14580A3DB-P

【DA14681】

使用SmartBond DA14681，无需在功能或电池寿命上做出妥协，就能开发出下一代蓝牙低功耗解决方案。SmartBond DA14681是全球首款批量生产的单芯片解决方案，可为包括智能家居和其他新兴物联网(IoT)设备等可充电设备提供连接性。DA14681提供最高的性能、最低的功耗、最小的占位面积和最低的系统成本。该高度集成的解决方案支持最新的蓝牙4.2标准，采用一个ARM® Cortex™ M0处理器，提供多种嵌入式内存选项，在您需要的时候提供灵活的处理能力，在不需要的时候节省电能，实现多传感器阵列管理和始终开启的传感功能。其集成的电源管理单元(PMU)除了能高效地为一个片上充电器和电量计供电之外，还能为多达3个外部器件供电，使其能通过USB接口为电池充电。此外，该器件集成了一个专门的硬件加密引擎，可提供银行级别的安全性，采用端到端的加密来保证个人信息安全。DA14681是该产品系列中的第二个成员，第一款产品是广受欢迎的超低功耗DA14680。除了具有DA14680的功能外，DA14681还具有无可比拟的灵活性，为软件应用开发者提供几乎无限的计算空间，使其能够通过灵活的外部内存接口，扩展他们的代码执行空间。

特性

支持全部 Bluetooth 4.2 特性

32-bit ARM® Cortex®-M0 微控制器：

- 低功耗，仅 30 μA / MHz

- 32 kHz- 96 MHz动态可控时钟频率

- 提供高达 84 Dhrystone MIPS

- 带16 kB高速缓存 RAM 存储器的4路关联高速缓存

控制器

专用应用处理器硬件加密引擎

灵活的内存架构

- 64 kB OTP

- 128 kB数据SRAM

- 16 kB高速缓存 SRAM

- 128 kB ROM

- 执行来自外部QSPI FLASH(最大32 MB代码)

卓越的RF性能

0 dBm输出功率

-93 dBm灵敏度

集成式平衡-不平衡转换器(balun)

50 Ω匹配单线式天线接口

3.4 / 3.1 mA Tx / Rx @ 3 V

同类最佳的93 dBm链路预算

用于多个无线系统的共存接口

封装类型：

- AQFN60

- WL-CSP53

集成式电源管理单元(PMU)

- 集成式降压 DC-DC 转换器(1.7 V - 4.75 V)

- 用于为外设供电的三个电源引脚

- 支持锂聚合物、锂离子、钮扣式、镍氢和碱性电池

- 带可编程充电曲线的充电器(5.0 V最大充电电压)

- 高精度充电状态电量计

- 用于低电压(brownout)检测的可编程阈值

- USB充电检测和保护

广泛的数字和模拟接口选项

- 37个 (AQFN) 或 21个(WL-CSP)通用 I/O，

支持电压电平编程

- Quad-SPI FLASH接口

- 两个UART接口，其中一个支持硬件流控制

- 两个 SPI+™ 接口

- 两个I²C 总线接口，工作频率为 100 kHz和 400 kHz

- 三轴正交解码器

- PDM 接口，带硬件采样率转换器(2 个麦克风或 2 个

扬声器)

- I²S/PCM 主/从接口，最多 8 个通道

- 带抖动抑制功能的键盘扫描器

- 红外(IR)接口(PWM)

- USB 全速(FS)设备接口

- 带平均功能的8通道 10-bit ADC，实现 11.5 有效位数

(ENOB)

- 三个匹配的白光LED驱动器

- 温度传感器

应用(多传感器)可穿戴设备：

- 健身 / 运动跟踪设备

- 运动手表

- 智能手表

虚拟现实

智能家居

家电

家庭自动化

语音遥控装置

可充电键盘

玩具

工业自动化

DA14681开发套件 – 基础版

DA14681开发套件基础版具有板载闪存，提供了开发可充电应用的所有灵活性，帮助您从容自信地开发可穿戴设备、智能家居或VR控制器等应用。DA14681的所有I/O接口均可用，并有对应扩展连接口。PCB板上具有调试器，和Dialog完整的软件环境SmartSnippets™结合，可以帮助您轻松编程并测试您的蓝牙低功耗应用。

DA14681开发套件 – 专业版

DA14681开发套件专业版对于想要完全控制软件开发，同时又希望保证其设计的应用具有低功耗的软件开发者来说非常理想。该套件包括一个主板和一个DA14681 AQFN60子板，并可以使用套件中的所有GPIO。子板上的RF连接器可以进行RF测量。板载Segger芯片可提供完整的调试功能。此外，专用的板载电路结合我们完整的软件环境SmartSnippets™ Studio，可以帮助改良您应用的功耗，充分利用DA14681的优势。

规格参数