So verwenden Sie das Dual-Setup mit verlängerter Akkulaufzeit

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Viele Systemdesigner glauben, dass der Stromverbrauch eines einzelnen Chips geringer ist als der von zwei Chips. Ursprünglich ist es ganz einfach: Die Chipkommunikation verbraucht mehr Strom als ein einzelner Chip, da sich auf beiden Chips mehr Transistoren befinden, gibt es bei gleicher Funktion bei einem einzelnen Chip mehr Leckströme. Doch die Technologie zum Stromverbrauch hat diese Sichtweise zu einer traditionellen Sichtweise geführt.

DSP-Designer integrieren mehr Funktionen wie Beschleuniger, Kommunikationsmodule und Netzwerkperipheriegeräte in den DSP-Chip, wodurch der Chip für Ingenieure nützlicher wird. Dieser leistungsstärkere Chip verbraucht jedoch mehr Strom als für diese Aufgabe bei der Ausführung einfacher interner Verwaltungs- oder Überwachungsaufgaben. In vielen Fällen ist der Designer nicht in der Lage, die erforderlichen Funktionen nur im DSP-Chip zu aktivieren.

In einigen Anwendungen kann der Mikrocontroller (MCU) die gleiche Systemüberwachungsaufgabe ausführen und verbraucht dabei weniger Strom als DSP. Somit ist auch die Architektur des Doppelchips möglich: DSP und MCU. Verwenden Sie daher einen DSP mit geringem Stromverbrauch als Hauptlösung und eine weitere MCU mit geringem Stromverbrauch als Systemmonitor. Dies kann die Batterielebensdauer verlängern, die der einzelne DSP verbraucht, um dieselbe Aufgabe zu erfüllen.

Um Strom zu sparen, sollten Ingenieure bei der Auswahl eines DSP die folgenden Faktoren berücksichtigen: Achten Sie auf einen On-Chip-Speicher mit größerer Kapazität. DSP verbraucht immer mehr Strom, wenn auf den externen Speicher des Chips zugegriffen wird. Externe DRAM-Speicher verbrauchen konstant Strom, wodurch die elektrische Energie der Batterie verbraucht wird.

Wählen Sie einen DSP aus, der Peripheriegeräte starten und schließen kann. Einige DSPs können die inaktiven On-Chip-Peripheriegeräte automatisch abschalten, wodurch verschiedene Steuerungs- und Stromverbrauchsfunktionen bereitgestellt werden. Wählen Sie einen DSP, der verschiedene Standby-Zustände bei unterschiedlichen Leistungsstufen ermöglicht.

Durch die Mehrfachstromversorgung wird mehr Energieverbrauch gespart. Wählen Sie DSP für die Entwicklungssoftware, die den Stromverbrauch optimiert und reduziert. Das Tool soll Entwicklern die Möglichkeit bieten, die Spannung und Frequenz des Chips einfach zu ändern, den Energiestatus zu verwalten und Informationen zum Stromverbrauch auszuwerten und aufzuschlüsseln.

Bei manchen Anwendungen verbraucht die MCU weniger Strom. Der Niedrigleistungshalbleiterprozess verringert den Transistorleckstrom, um Chipdesignern zu helfen, den Niedrigleistungsbetrieb zu optimieren. Leider schränkt ein geringer Stromverbrauch die MCU-Leistung ein. Beispielsweise verbraucht ein TEXASINSTRUMENTSMSP430MCU im Standby-Modus 500 NA Strom, die maximale Taktfrequenz beträgt 16 MHz.

Die maximale Taktfrequenz im TMS320C5506DSP beträgt 108 MHz, verbraucht 10 im Standby-ModusµEin Strom. Dies besagt, dass der Stromverbrauch 20-mal höher ist als beim MSP430.

Seit der Entwicklung in der Vergangenheit wurde die interne MCU-Peripherie durch die Software gesteuert, die den Status der CPU aufrechterhalten kann. Der neue Interrupt-Treiber (Interrupt-Driven) ist peripher und sorgt für weniger Software-Overhead, sodass die MCU die meiste Zeit im Standby-Modus bleiben kann. Nehmen wir als Beispiel die Hardware des internen Modulkonverters (ADC): Sie scannt automatisch den Eingangskanal, löst die Konvertierung aus und führt eine DMA-Übertragung aus, um die Aufgabe der empfangenen Datenabtastung zu lösen.

Dadurch läuft der ADC nahezu spontan. Die CPU benötigt nur sehr wenig Zeit für ihre Versorgung und die MCU spart Strom. Auch die Konstruktion mehrerer Taktreduzierungs-Stromversorgungsanforderungen für MCU-Taktsysteme kann zur Reduzierung des Stromverbrauchs beitragen.

Das Schaltbild in Abbildung 1 zeigt zwei Uhren, die mit einem einzigen Kristall betrieben werden. Die MCU verwendet normalerweise einen 32-kHz-Kristall, erzeugt jedoch nicht unbedingt interne Taktsignale, Systemtaktsignale (MCLK) und sekundäre Taktsignale (ACLK). Normalerweise erzeugen Kristalle nur ACLK-Signale.

Die stromsparende Extraktion der MCU mithilfe eines 32-kHz-Hilfstaktgebers, der gleichzeitig die Echtzeituhr der MCU antreibt, und der Hochgeschwindigkeits-Digitalsteueroszillator (DCO) erzeugt ein Systemtaktsignal für die CPU und Hochgeschwindigkeitsperipheriegeräte. DCO kann Taktsignale auf mehrere Arten erzeugen, jede mit unterschiedlichen Leistungs- und Stromverbrauchsmerkmalen. Von niedrigem bis hohem Stromverbrauch verfügen diese Taktmodi über Oszillatoren mit extrem niedrigem Stromverbrauch (VLO), 3-kHz-Kristalle bis hin zu DCO.

Um den Stromverbrauch zu senken, verwendet der Designer im Leerlaufmodus die niedrigste Taktfrequenz (VLO oder 32-kHz-Kristall) und realisiert bei der Verwendung der für die CPU zu verwendenden Aktivität eine hochfrequente DCO. DCO kann weniger als 1µDie Zeit von S geht in den aktiven Zustand über und ist vollständig stabil. Diese sofort aktivierte Funktion spart Zeit und Stromverbrauch.

Beachten Sie, dass die Verwendung von niederfrequenten, stromsparenden Uhren in der Aktivitätsauflösung mehr Strom verbraucht als die Umstellung auf schnellere Uhren. Im Modus mit höherem Stromverbrauch verbringen die Zeitglocken mit niedriger Frequenz mehr Zeit mit einer bestimmten Aufgabe. Zusätzlich zur Verwendung von Niedriggeschwindigkeitstaktgebern zur Einsparung von Stromverbrauch bei bestimmten Peripheriegeräten bietet der MSP430MCU auch Oszillatoren mit extrem niedrigem Stromverbrauch zur Erzeugung eines ACLK-Signals.

Im Standby-Modus (LPM3) verbraucht MSP430MCU im ACLK-Betrieb und in allen Interrupt-aktivierten Zuständen normalerweise weniger als 1µEin Strom. Daher verbrauchen Low-Power-MCUs während der Echtzeituhr oder beim Laden der Managementbatterie weniger Strom als DSP.

Darüber hinaus kann die Mission an die MCU auch vom DSP freigegeben werden, um sie für Signalauflösungsaufgaben ausführbar zu machen. Ingenieure können durch das Dual-Demand-Design hervorragende Ergebnisse bei der Einsparung von Stromverbrauch erzielen. Stellen Sie sich ein System vor, das zur Lösung von Überwachungsaufgaben auf High-End-DSP angewiesen ist.

Diese Lösung wird bald eine 2.500 mAh Nickel-Wasserstoff-AA-Batterie verwenden. Bei einer gleichmäßigen Stromaufnahme von 10 mA sind die beiden in Reihe geschalteten Batterien innerhalb von 10,5 Tagen erschöpft.

Dual Split wird verwendet, um den Strom auf 1 mA zu reduzieren, sodass die Batterielaufzeit auf 120 Tage verlängert wird. Die MCU im Dual-Solution-System soll den Stromverbrauch reduzieren. Einige System- oder Überwachungsfunktionen, die gelöst werden können, umfassen: Echtzeituhrwartung, Stromsortierung, Stromsignatur und -rücksetzung, Tastatur- oder Benutzeroberflächenverwaltung, Batterieverwaltung, Anzeigesteuerung, DSP-Stromversorgung. Viele DSPs. Eine Vielzahl von Stromschienen der Stromversorgung werden in einer festen Reihenfolge angewendet, um einen normalen Betrieb in DSP und Peripheriegeräten sicherzustellen. Normalerweise werden diese Spuren gleichzeitig vom Kern (CPU) und DDR-Speicher sowie E/A-Geräten mit Strom versorgt.

Obwohl dedizierte Geräte in fester Reihenfolge eine Spannung an den DSP-Chip anlegen können, kann dieser keine anderen Funktionen ausführen. Kleinere MCUs mit geringem Stromverbrauch können sortiert und hinsichtlich der Versorgungsspannung überwacht werden und Leistungssteuerungsaufgaben ausführen (Abbildung 2). In diesem Fall startet die Software drei Stromversorgungsreglerkreise in der entsprechenden Reihenfolge.

Die MCU verwendet ihren internen ADC, um die entsprechende Spannung bei den jeweiligen Stromschienen zu testen. Wenn die gesamte Schaltung keinen DSP-Chip benötigt, kann die MCU den Regler umschließen, um den DSP zu schließen. Tatsächlich kann die MCU mit dem druckgesteuerten Oszillator kommunizieren, um die Spannung und Frequenz des DSP oder die Taktfrequenz des PLL-Kommunikationssteuerungs-DSP zu steuern.

Wenn der DSP die rechenintensive Aufgabe abgeschlossen hat, versetzt die einstellbare MCU-Uhr den DSP in den Standby-Modus, um Stromverbrauch zu sparen. Zweiwege-Überwachung des MCU-Test-DSP, um seinen Auslastungszustand zu verstehen. In diesem Modus läuft die MCU als intelligenter Controller.

Andererseits kann DSP die MCU lesen und schreiben. Damit kann der DSP je nach Verwendungszweck eingesetzt werden und die MCU informiert werden, um den DSP-Takt zu reduzieren oder zu verbessern. Durch die Verwendung der MCU zur Ausführung anderer Aufgaben, die DSPs normalerweise in einem Einzellösungssystem erledigen, können Designer auch weitere Vorteile erzielen.

Beispielsweise verbraucht die MCU bei der Lösung von Tastaturoperationen weniger Strom als der DSP. Erst nachdem die MCU die Aktion der Taste oder das Loslassen der Taste getestet hat, sendet sie ein Interrupt-Signal an den DSP. Auf diese Weise wird der übermäßige Stromverbrauch durch Schläge vermieden, der bei manchen Handgeräten häufig auftritt.

Um den DSP-Chip weiter zu entlasten, kann die MCU Folgendes bereitstellen: die Treiberschaltung, Standard-SPI-, UART- und I2C-Anschlüsse für die Hochfrequenzkommunikation, Peripherieschnittstelle, Batteriemanagementschaltung, universelle E/A-Anschlüsse, die oben und zuvor erwähnt wurden. Für jedes Peripheriegerät kann die MCU automatisch aus dem Energiesparmodus starten. Daher fragt die MCU weder fortlaufend die Peripheriegeräte ab, um zu bestimmen, welches zu bedienen ist, noch ermittelt sie den maximalen Stromverbrauch zur Ausführung der Aufgabe. Die Peripheriegeräte werden gestartet.

Jedes Milliwatt an geringem Stromverbrauch ist sehr wertvoll. Schließlich basieren Designer nicht auf umfassenden Überlegungen zwischen Berechnungen, Messungen und Funktionen und dem Ausführen von DSPs oder MCUs und verwenden nur ein oder zwei Satures im Einsatz.