Πώς να χρησιμοποιήσετε τη διπλή ρύθμιση χρησιμοποιώντας εκτεταμένη διάρκεια ζωής της μπαταρίας

著者：Iflowpower – ຜູ້ຜະລິດສະຖານີພະລັງງານແບບພົກພາ

Πολλοί σχεδιαστές συστημάτων πιστεύουν ότι η κατανάλωση ενέργειας που καταναλώνεται από το μεμονωμένο τσιπ είναι μικρότερη από τα δύο τσιπ. Αρχικά, είναι πολύ απλό: η επικοινωνία με τσιπ καταναλώνει περισσότερη κατανάλωση ενέργειας από ένα μεμονωμένο τσιπ, υπάρχουν περισσότερα τρανζίστορ και στα δύο τσιπ, επομένως υπάρχουν περισσότερα ρεύματα διαρροής με ένα τσιπ με την ίδια λειτουργία. Αλλά η τεχνολογία κατανάλωσης ενέργειας έχει δώσει αυτού του είδους την παραδοσιακή άποψη.

Οι σχεδιαστές DSP ενσωματώνουν περισσότερες δυνατότητες, όπως επιταχυντές, μονάδες επικοινωνίας και περιφερειακά δικτύου στο τσιπ DSP, καθιστώντας το τσιπ πιο χρήσιμο για τους μηχανικούς. Αλλά αυτό το πιο ισχυρό τσιπ θα καταναλώνει περισσότερη κατανάλωση ενέργειας από αυτήν την εργασία για την ολοκλήρωση απλών εργασιών εσωτερικής διαχείρισης ή παρακολούθησης. Σε πολλές περιπτώσεις, ο σχεδιαστής δεν μπορεί να ενεργοποιήσει μόνο τις λειτουργίες που απαιτούνται στο τσιπ DSP.

Σε ορισμένες χρήσεις, ο μικροελεγκτής (MCU) μπορεί να εκτελέσει την ίδια εργασία παρακολούθησης συστήματος και να καταναλώσει λιγότερη κατανάλωση ενέργειας από το DSP. Έτσι, η αρχιτεκτονική του διπλού τσιπ: DSP και MCU είναι επίσης δυνατή. Επομένως, η χρήση ενός DSP χαμηλής κατανάλωσης ως κύριας λύσης, ενός άλλου MCU χαμηλής κατανάλωσης ως οθόνης συστήματος, μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας που καταναλώνεται από το μεμονωμένο DSP για να ολοκληρώσετε την ίδια εργασία.

Για να βοηθήσουν στην εξοικονόμηση ενέργειας, οι μηχανικοί θα πρέπει να λάβουν υπόψη τους ακόλουθους παράγοντες όταν επιλέγουν το DSP: αναζητήστε μνήμη μεγαλύτερης χωρητικότητας στο chip. Το DSP καταναλώνει πάντα περισσότερη κατανάλωση ενέργειας κατά την πρόσβαση στην εξωτερική μνήμη του τσιπ. Η εξωτερική μνήμη DRAM αποθηκεύει σταθερή κατανάλωση ενέργειας, η οποία καταναλώνει ηλεκτρική ενέργεια μπαταρίας.

Επιλέξτε ένα DSP που μπορεί να ξεκινήσει και να κλείσει περιφερειακά. Ορισμένα DSP μπορούν να απενεργοποιηθούν αυτόματα στα ανενεργά περιφερειακά στο chip, τα οποία παρέχουν μια ποικιλία επαρχιών ελέγχου και κατανάλωσης ενέργειας. Επιλέξτε ένα DSP που επιτρέπει μια ποικιλία καταστάσεων αναμονής σε διαφορετικά επίπεδα ισχύος.

Η πολλαπλή τροφοδοσία εξοικονομεί περισσότερη κατανάλωση ενέργειας. Επιλέξτε DSP για το λογισμικό ανάπτυξης που βελτιστοποιεί την κατανάλωση ενέργειας και μειώνει την κατανάλωση ενέργειας. Το εργαλείο θα πρέπει να κάνει τους προγραμματιστές να αλλάζουν εύκολα την τάση και τη συχνότητα του τσιπ, να διαχειρίζονται την κατάσταση ισχύος, να τους βοηθά να αξιολογούν και να αποσυνθέτουν πληροφορίες κατανάλωσης ενέργειας.

Το MCU καταναλώνει λιγότερο ρεύμα σε ορισμένες MCU σε ορισμένες χρήσεις, η διαδικασία ημιαγωγών χαμηλής ισχύος μειώνει το ρεύμα διαρροής τρανζίστορ για να βοηθήσει τους σχεδιαστές τσιπ να βελτιστοποιήσουν τη λειτουργία χαμηλής ισχύος. Δυστυχώς, η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας θα περιορίσει την απόδοση του MCU. Για παράδειγμα, ένα TEXASINSTRUMENTSMSP430MCU καταναλώνει ρεύμα 500 NA σε κατάσταση αναμονής, η μέγιστη συχνότητα ρολογιού είναι 16 MHz.

Η μέγιστη συχνότητα ρολογιού που εκτελείται στο TMS320C5506DSP είναι 108 MHz, καταναλώνει 10 σε κατάσταση αναμονήςµΈνα ρεύμα. Αυτό δηλώνει ότι καταναλώνει 20 φορές υψηλότερα από το MSP430.

Από την εξέλιξη του παρελθόντος, η εσωτερική περιφερειακή μονάδα MCU ελέγχεται από το λογισμικό, το οποίο μπορεί να ρυθμιστεί για να διατηρήσει την κατάσταση της CPU. Αλλά η νέα μονάδα διακοπής (Interrupt-Driven) είναι περιφερειακή για λιγότερη επιβάρυνση λογισμικού, επιτρέπει στο MCU να διατηρεί την κατάσταση αναμονής τον περισσότερο χρόνο. Πάρτε για παράδειγμα το υλικό του μετατροπέα εσωτερικού συντελεστή (ADC), το οποίο σαρώνει αυτόματα το κανάλι εισόδου, ενεργοποιεί τη μετατροπή και εκτελεί μετάδοση DMA για να λύσει την εργασία δειγματοληψίας δεδομένων που ελήφθη.

Ως αποτέλεσμα, το ADC λειτουργεί σχεδόν αυθόρμητα. Η CPU χρησιμοποιεί πολύ λίγο χρόνο για την υπηρεσία παροχής και η MCU εξοικονομεί ενέργεια. Απαιτήσεις ισχύος πολλαπλής μείωσης ρολογιού Ο σχεδιασμός του συστήματος ρολογιού MCU μπορεί επίσης να βοηθήσει στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας.

Το διάγραμμα κυκλώματος στο Σχήμα 1 δείχνει δύο ρολόγια που λειτουργούν από έναν μόνο κρύσταλλο. Το MCU χρησιμοποιεί συνήθως κρύσταλλο 32 kHz, αλλά δεν παράγει απαραίτητα σήματα εσωτερικού ρολογιού, σήματα ρολογιού συστήματος (MCLK) και δευτερεύοντος ρολογιού (ACLK). Συνήθως, οι κρύσταλλοι παράγουν μόνο σήματα ACLK.

Η εξαγωγή χαμηλής ισχύος του MCU χρησιμοποιώντας ένα βοηθητικό ρολόι 32 kHz που οδηγεί ταυτόχρονα το ρολόι MCU σε πραγματικό χρόνο, ο ψηφιακός ταλαντωτής ελέγχου υψηλής ταχύτητας (DCO) παράγει ένα σήμα ρολογιού συστήματος για CPU και περιφερειακά υψηλής ταχύτητας. Το DCO μπορεί να παράγει σήματα ρολογιού με διάφορους τρόπους, ο καθένας με διαφορετικά χαρακτηριστικά απόδοσης και κατανάλωσης ενέργειας. Από χαμηλή έως υψηλή κατανάλωση ενέργειας, αυτές οι λειτουργίες ρολογιού διαθέτουν ταλαντωτές εξαιρετικά χαμηλής ισχύος (VLO), κρυστάλλους 3kHz έως DCO.

Για να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας, ο σχεδιαστής χρησιμοποιεί το χαμηλότερο ρολόι (VLO ή κρύσταλλο 32 kHz) σε κατάσταση αδράνειας και πραγματοποιεί DCO υψηλής συχνότητας όταν χρησιμοποιεί τη δραστηριότητα που θα χρησιμοποιηθεί στην CPU. Το DCO μπορεί να είναι μικρότερο από 1µΟ χρόνος του χρόνου του S μπαίνει στην ενεργή κατάσταση και είναι πλήρως σταθερός. Αυτή η δυνατότητα άμεσης ενεργοποίησης εξοικονομεί χρόνο και κατανάλωση ενέργειας.

Σημειώστε ότι η χρήση ρολογιών χαμηλής κατανάλωσης χαμηλής συχνότητας στην ανάλυση δραστηριότητας θα καταναλώσει περισσότερη κατανάλωση ενέργειας από τη μετάβαση σε ταχύτερα ρολόγια. Σε λειτουργία υψηλότερης κατανάλωσης ενέργειας, κουδούνια χρόνου χαμηλής συχνότητας, η CPU αφιερώνει περισσότερο χρόνο σε μια συγκεκριμένη εργασία. Εκτός από τη χρήση χαμηλής ταχύτητας κατανάλωσης ενέργειας για εξοικονόμηση ρολογιού σε ορισμένα περιφερειακά, το MSP430MCU παρέχει επίσης ταλαντωτές εξαιρετικά χαμηλής ισχύος για τη δημιουργία σήματος ACLK.

Στη λειτουργία αναμονής (LPM3), το MSP430MCU καταναλώνει συνήθως λιγότερο από 1 στη λειτουργία ACLK και σε όλες τις καταστάσεις με δυνατότητα διακοπήςµΈνα ρεύμα. Επομένως, τα MCU χαμηλής κατανάλωσης καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια από το DSP κατά τη διάρκεια του ρολογιού σε πραγματικό χρόνο ή της φόρτισης της μπαταρίας διαχείρισης.

Επιπλέον, η αποστολή στο MCU μπορεί επίσης να ελευθερωθεί από το DSP για να γίνει εκτελέσιμη για εργασίες επίλυσης σημάτων. Αποτελέσματα εξοικονόμησης κατανάλωσης ενέργειας Οι μηχανικοί μπορούν να δουν σχεδιασμό διπλής ζήτησης για να επιτύχουν εξαιρετικά αποτελέσματα. Φανταστείτε ένα σύστημα που βασίζεται σε DSP υψηλής τεχνολογίας για την επίλυση εργασιών παρακολούθησης.

Αυτή η λύση θα χρησιμοποιεί σύντομα μια μπαταρία νικελίου-υδρογόνου AA 2.500 mAh. Εάν η ομοιόμορφη κατανάλωση ρεύματος είναι 10 mA, οι δύο σειρές μπαταρίες θα εξαντληθούν εντός 10,5 ημερών.

Διπλή διαίρεση Χρησιμοποιήστε για να μειώσετε το ρεύμα σε 1 mA, έτσι ώστε η μπαταρία να επεκταθεί σε 120 ημέρες. Το MCU στο σύστημα διπλής λύσης είναι για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, ορισμένες λειτουργίες συστήματος ή παρακολούθησης που μπορούν να επιλυθούν περιλαμβάνουν: Συντήρηση ρολογιού σε πραγματικό χρόνο Ταξινόμηση ισχύος Σημασία ισχύος και επαναφορά πληκτρολογίου ή διαχείρισης ανθρώπινης διεπαφής Διαχείριση μπαταρίας Έλεγχος τροφοδοσίας DSP Πολλά DSP Ένα πλήθος ράγες ισχύος του τροφοδοτικού εφαρμόζεται με σταθερή σειρά και διασφάλιση λειτουργίας ανά κανονικό. Συνήθως, αυτά τα κομμάτια τροφοδοτούνται ταυτόχρονα από πυρήνα (CPU) και μνήμη DDR και συσκευές I/O.

Παρόλο που οι αποκλειστικές συσκευές μπορούν να εφαρμόσουν τάση στο τσιπ DSP με σταθερή σειρά, δεν μπορεί να εκτελέσει άλλες λειτουργίες. Οι μικρότερες MCU χαμηλής κατανάλωσης μπορούν να ταξινομηθούν και να παρακολουθούνται για την τάση τροφοδοσίας και να εκτελούν εργασίες ελέγχου ισχύος (Εικόνα 2). Σε αυτήν την περίπτωση, το λογισμικό ξεκινά τρία κυκλώματα ρυθμιστή τροφοδοσίας με την κατάλληλη σειρά.

Το MCU χρησιμοποιεί το εσωτερικό του ADC για να δοκιμάσει την κατάλληλη τάση όταν οι αντίστοιχες ράγες ισχύος. Όταν το συνολικό κύκλωμα δεν θέλει τσιπ DSP, το MCU μπορεί να περικλείει τον ρυθμιστή για να κλείσει το DSP. Στην πραγματικότητα, το MCU μπορεί να επικοινωνήσει με τον ελεγχόμενο από πίεση ταλαντωτή για να ελέγξει την τάση και τη συχνότητα του DSP ή τη συχνότητα ρολογιού του ελέγχου επικοινωνίας PLL DSP.

Επομένως, όταν το DSP ολοκληρώσει την υπολογιστική πυκνή εργασία, το ρυθμιζόμενο ρολόι MCU μετατρέπει το DSP σε κατάσταση αναμονής για εξοικονόμηση ενέργειας. Αμφίδρομη παρακολούθηση MCU δοκιμάζει το DSP για να κατανοήσει την κατάσταση κατειλημμένου. Σε αυτήν τη λειτουργία, το MCU λειτουργεί ως έξυπνος ελεγκτής.

Από την άλλη πλευρά, το DSP μπορεί να διαβάζει και να γράφει το MCU. Έτσι, το DSP μπορεί να χρησιμοποιηθεί ανάλογα με τη χρήση, ενημερώστε το MCU για μείωση ή βελτίωση του ρολογιού DSP. Χρησιμοποιώντας το MCU για την ολοκλήρωση άλλων εργασιών που συνήθως επιτυγχάνουν τα DSP σε ένα ενιαίο σύστημα λύσης, οι σχεδιαστές μπορούν επίσης να λάβουν περισσότερα οφέλη.

Για παράδειγμα, κατά την επίλυση της λειτουργίας του πληκτρολογίου, το MCU καταναλώνει λιγότερη κατανάλωση ενέργειας από το DSP. Το MCU στέλνει σήμα διακοπής στο DSP μόνο αφού ελέγξει τη δράση του κουμπιού ή την απελευθέρωση του κουμπιού. Με αυτόν τον τρόπο βοηθά στην υπερβολική κατανάλωση ρεύματος που προκαλείται από το χτύπημα από το χτύπημα, η κατάσταση αυτή συχνά εμφανίζεται σε κάποιο φορητό εξοπλισμό.

Προκειμένου να ανακουφιστεί περαιτέρω το φορτίο του τσιπ DSP, η MCU μπορεί να παρέχει: τις τυπικές θύρες κυκλώματος οδήγησης SPI, UART και I2C για περιφερειακές θύρες διαχείρισης μπαταρίας περιφερειακής διασύνδεσης επικοινωνίας ραδιοσυχνοτήτων. Επομένως, η MCU δεν συνεχίζει να μετράει τα περιφερειακά για να καθορίσει ποια θα εξυπηρετήσει, ούτε η μέγιστη κατανάλωση ενέργειας για την εκτέλεση της εργασίας. Θα ξεκινήσουν τα περιφερειακά.

Κάθε milliwat σε χαμηλή κατανάλωση ενέργειας είναι πολύ πολύτιμο. Τέλος, οι σχεδιαστές δεν βασίζονται σε ολοκληρωμένες εκτιμήσεις μεταξύ υπολογισμών, μετρήσεων και συναρτήσεων και την εκτέλεση DSP ή MCU, και χρησιμοποιούν ένα ή δύο Sature σε χρήση.