電池供電的無線連接設備在當今社會變得越來越普遍。在無線和電池技術進步的推動下，再加上不斷縮小的電子元件消耗更少的電力以及準備收集、分析和傳播數據的基于云的服務，這些設備通常用于消費、醫療和可穿戴設備以及在商業和工業應用中。

無論設備是可穿戴連續血糖監測儀 (CGM)、可攝取或植入式醫療設備，還是智能家居設備、資產跟蹤器或環境監測儀，都具有體積小、壽命長、可靠性和易于操作的共同要求利用。這些產品的設計人員面臨的主要問題之一是在需要時為設備供電。

僅在需要時為 IoT 設備供電（或在部署之前保持其斷電）至關重要，因為設計人員希望盡可能使用最小、成本最低的電池。因此，延長電池壽命始終是設計目標；在使用過程中以及通電之前，必須盡量減少電池消耗。

一個流行的例子是為 1 型或 2 型糖尿病患者開具的 CGM。該設備附著在患者的身體上，持續監測他/她的血糖水平。生成的數據以無線方式傳輸給患者、醫生和/或胰島素泵。CGM 必須非常小、“防水”且易于安裝，并且在電池電量耗盡之前具有相當長的使用壽命。

在使用或部署時為這些設備供電有三個基本選項。對于這些選項中的每一個，需要考慮的基本變量是電池電流消耗、尺寸、入口保護和用戶友好性。

圖 1：TMR 磁傳感器采用超小型封裝尺寸，功耗幾乎為零，其非接觸式“開機”功能提高了易用性。

第一個“開機”選項是機電的，或常見的“開關”。此選項是為大多數電池供電的電子設備（如筆記本電腦和手機）供電的方法。盡管開關有多種形式（例如，按鈕、滑塊或撥動開關），但它們的操作原理相同，即打開和關閉機械觸點以允許電流流動（關閉時）或完全阻止電流流動（打開時）。

關于電流消耗的首要考慮，機電開關是高效的，因為它是一種不消耗功率的無源器件。然而，就尺寸而言，機械開關是一個糟糕的選擇，尤其是考慮到許多可穿戴、可攝取和可植入醫療設備以及其他小型物聯網設備的尺寸限制。

在入口保護（或需要具有防水和防潮的設備）方面，機械開關不是最佳選擇，因為設計的開關可以由用戶機械移動到開/關位置，同時保持不滲透性具有挑戰性。

最后，出于兩個原因，考慮到用戶友好性或易用性，機械開關的評價不佳。首先，因為用戶必須實際執行此步驟（并且許多需要被指示這樣做），所以對許多設備的要求是“開箱即用”——這與手動操作開關明顯沖突。其次，非常小的機械開關需要非常小的設備，這可能會影響用戶將開關實際移動到打開位置的能力，從而降低可用性。因此，總而言之，機械開關在電流消耗方面得分很高，但在防護等級、尺寸和易用性方面卻很低。

無線開機是分析的第二個選項。由于這些設備已經具備傳輸數據的無線功能，因此設計人員在技術上可以使用相同的無線功能通過手機應用程序為設備供電。

從入口保護的角度來看，無線開機的評價很高。而且從尺寸的角度來看，無線開機的評價也很高，因為沒有任何東西可以添加到設備中來實現此功能。

然而，從電流消耗的角度來看，無線開機得分極低，因為設備內部的無線接收器必須開機才能接收到開機信號。僅出于這個原因，無線開機很少用于對電池壽命有嚴格要求的設備。

圖 2：技術比較

第三種選擇是使用設備內部的磁傳感器來啟動開機功能。在這種情況下，向傳感器施加磁場以觸發通電。磁場通常由位于產品包裝內或設備輔助組件（例如 CGM 的涂抹器）中的磁鐵產生。用戶也可以使用手持磁鐵在設備上滑動來施加磁場。

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TMR 傳感器如何工作？

磁性感應在侵入保護方面得分非常高（因為它是一種“非接觸式”方法）。磁感應在易用性方面也得分很高——尤其是當磁鐵可以嵌入設備包裝（實現“開箱即用”）或設備的輔助組件（例如，涂抹器）中時）。有時，設備本身被設計為兩個組件，在部署時必須將它們連接在一起。

就電流消耗和尺寸而言，磁感應的可取性完全取決于磁感應技術。較舊、更傳統的磁傳感技術類型要么體積小但功耗高（霍爾效應），要么體積大且功耗為零（簧片開關）。

然而，許多新設備都采用稱為隧道磁阻 (TMR) 的新型磁傳感技術設計，該技術具有非常小的尺寸（與 LGA-4 一樣小）和極低的功耗，類似于簧片開關。實際上，TMR 磁傳感器提供了“兩全其美”。

隨著當前旨在使生活更輕松、更安全、非接觸式和/或可遠程操作的新設備的涌現，電子設計人員不得不采用新技術來滿足電池供電的可穿戴設備、可植入設備、可攝取設備、和其他物聯網設備。在與小尺寸、低功耗、侵入保護和易用性相關的最佳功能方面，磁傳感器——尤其是 TMR 傳感器技術——正在幫助使“不可能”的設計成為可能。

審核編輯：湯梓紅