Ինչպես երկարացնել լիթիումի մարտկոցի կյանքը երկակի պրոցեսորային հավելվածի միջոցով

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Portable Power Station Supplier

Մարտկոցի ժամկետը երկարացնելու անհրաժեշտության դեպքում համակարգի շատ դիզայներներ կարծում են, որ մեկ չիպի կողմից սպառվող էներգիայի սպառումը ավելի քիչ է, քան երկու չիպերը: Պատճառը կարծես թե պարզ է. չիպային հաղորդակցությունը սպառում է ավելի շատ էներգիա, քան մեկ չիպը, երկու չիպերի վրա էլ ավելի շատ տրանզիստորներ կան, ուստի նույն գործառույթով մեկ չիպով ավելի շատ արտահոսքի հոսանքներ կան: Սակայն էներգիայի սպառման տեխնոլոգիան տվել է այս տեսակի ավանդական տեսակետը:

DSP դիզայներները ինտեգրում են ավելի շատ հնարավորություններ, ինչպիսիք են արագացուցիչները, կապի մոդուլները և ցանցի ծայրամասային սարքերը DSP չիպի մեջ, ինչը չիպն ավելի օգտակար է դարձնում ինժեներների համար: Բայց այս ավելի հզոր չիպը կսպառի ավելի շատ էներգիա, քան այս առաջադրանքը ներքին կառավարման կամ մոնիտորինգի պարզ առաջադրանքները կատարելու համար: Շատ դեպքերում դիզայները չի կարող միացնել միայն DSP չիպի մեջ պահանջվող հնարավորությունները:

Որոշ ծրագրերում միկրոկոնտրոլերը (MCU) կատարում է համակարգի մոնիտորինգի նույն առաջադրանքը, որն ավելի շատ էներգիայի սպառում է, քան DSP-ն: Այսպիսով, հնարավոր է նաև կրկնակի չիպի ճարտարապետությունը՝ DSP և MCU: Հետևաբար, օգտագործեք ցածր էներգիայի DSP որպես հիմնական պրոցեսոր, և մեկ այլ ցածր էներգիայի MCU որպես համակարգի մոնիտոր, կարող է երկարացնել մեկ DSP-ի կողմից սպառված մարտկոցի կյանքը նույն առաջադրանքը կատարելու համար:

Էլեկտրաէներգիան խնայելու համար ինժեներները պետք է հաշվի առնեն հետևյալ գործոնները DSP ընտրելիս. փնտրեք ավելի մեծ հզորությամբ չիպային հիշողություն: DSP-ն միշտ ավելի շատ էներգիա է սպառում, երբ մուտք է գործում չիպի արտաքին հիշողություն: Արտաքին DRAM-ը պահպանում է մշտական ​​էներգիայի սպառումը, որը սպառում է մարտկոցի էլեկտրական էներգիան:

Ընտրեք DSP, որը կարող է գործարկել և փակել ծայրամասային սարքերը: Որոշ DSP-ներ կարող են ինքնաբերաբար անջատվել չիպային ոչ ակտիվ ծայրամասային սարքերից, որոնք ապահովում են հսկողության և էներգիայի սպառման մի շարք մարզեր: Ընտրեք DSP, որը հնարավորություն է տալիս սպասման մի շարք վիճակներ էներգիայի տարբեր մակարդակներում:

Բազմակի էներգիայի մատակարարումը խնայում է ավելի շատ էներգիայի սպառումը: Ընտրեք DSP մշակման ծրագրաշարի համար, որը օպտիմալացնում է էներգիայի սպառումը և նվազեցնում էներգիայի սպառումը: Գործիքները պետք է ստիպի մշակողներին հեշտությամբ փոխել չիպի լարումն ու հաճախականությունը, կառավարել էներգիայի կարգավիճակը, օգնել նրանց գնահատել և վերլուծել էներգիայի մասին տեղեկատվությունը:

MCU-ն ավելի քիչ հոսանք է սպառում MCU-ի որոշ հավելվածներում, որոշ ծրագրերում, ցածր էներգիայի կիսահաղորդչային գործընթացը նվազեցնում է տրանզիստորի արտահոսքի հոսանքը՝ օգնելու չիպերի դիզայներներին օպտիմալացնել ցածր էներգիայի աշխատանքը: Ցավոք, ցածր էներգիայի սպառումը կսահմանափակի MCU-ի աշխատանքը: Օրինակ, TEXASINSTRUMENTSMSP430MCU սպառում է 500NA հոսանք սպասման ռեժիմում, առավելագույն ժամացույցի հաճախականությունը 16 ՄՀց է:

TMS320C5506DSP-ում գործարկվող առավելագույն ժամացույցի հաճախականությունը 108 ՄՀց է, սպասման ռեժիմում սպառում է 10:µՄի հոսանք. Սա ցույց է տալիս, որ այն սպառում է 20 անգամ ավելի, քան MSP430-ը:

Նախորդ մշակման գործընթացից ներքին MCU ծայրամասային սարքը վերահսկվում էր ծրագրաշարի կողմից, ինչը ցույց է տալիս, որ պրոցեսորը պահպանում է ակտիվ կարգավիճակը: Սակայն նոր ընդհատման սկավառակը (Interrupt-Driven) ծայրամասային է ավելի քիչ ծրագրային ծախսերի համար, ինչը թույլ է տալիս MCU-ին պահել սպասման ռեժիմը շատ ժամանակ: Վերցրեք ներքին մոդուլի փոխարկիչի (ADC) սարքաշարը որպես օրինակ, այն ավտոմատ կերպով սկանավորում է մուտքային ալիքը, գործարկում է փոխարկումը և կատարում DMA փոխանցում՝ ստացված տվյալների նմուշառման առաջադրանքը մշակելու համար:

Արդյունքում, ADC-ն գրեթե ինքնաբուխ աշխատում է: Պրոցեսորը շատ քիչ ժամանակ է ծախսում իր մատակարարման ծառայության համար, և MCU-ն խնայում է էներգիայի սպառումը: Մի քանի ժամացույցի նվազեցման էներգիայի պահանջներ MCU ժամացույցի համակարգի դիզայնը կարող է նաև օգնել նվազեցնել էներգիայի սպառումը:

Նկար 1-ի միացման սխեման ցույց է տալիս մեկ բյուրեղով աշխատող երկու ժամացույց: MCU-ն սովորաբար օգտագործում է 32 կՀց բյուրեղ, բայց պարտադիր չէ, որ առաջացնում է ներքին ժամացույցի ազդանշաններ, համակարգի ժամացույցի (MCLK) և երկրորդական ժամացույցի (ACLK) ազդանշաններ: Սովորաբար, բյուրեղները միայն ACLK ազդանշաններ են առաջացնում:

MCU-ի ցածր էներգիայի արդյունահանումը 32 կՀց օժանդակ ժամացույցի միջոցով, որը միաժամանակ վարում է MCU իրական ժամանակի ժամացույցը, բարձր արագությամբ թվային հսկողության օսլիլատորը (DCO) առաջացնում է համակարգի ժամացույցի ազդանշան CPU-ի և բարձր արագությամբ ծայրամասային սարքերի համար: DCO-ն կարող է ժամացույցի ազդանշաններ առաջացնել մի քանի եղանակով, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի տարբեր կատարողական և էներգիայի սպառման բնութագրեր: Ցածրից մինչև բարձր էներգիայի սպառում, այս ժամացույցի ռեժիմներն ունեն ծայրահեղ ցածր էներգիայի տատանիչներ (VLO), 3 կՀց բյուրեղներ մինչև DCO:

Էլեկտրաէներգիայի սպառումը նվազեցնելու համար դիզայները օգտագործում է ամենացածր ժամացույցը (VLO կամ 32kHz բյուրեղյա) անգործուն ռեժիմում և իրականացնում է բարձր հաճախականության DCO, երբ ակտիվությունը կիրառվում է պրոցեսորի վրա: DCO-ն կարող է պակաս լինել 1µՍ–ի ժամանակի ժամանակը մտնում է ակտիվ վիճակի մեջ և լիովին կայուն է։ Այս ակնթարթային միացման հնարավորությունը խնայում է ժամանակը և էներգիայի սպառումը:

Նկատի ունեցեք, որ ցածր հաճախականություններ օգտագործող ցածր էներգիայի ժամացույցը սպառվում է ավելի շատ էներգիա սպառելու համար, քան ավելի արագ ժամացույցը գործունեության մշակման ժամանակ: Ավելի մեծ էներգիա սպառող ռեժիմում, ցածր հաճախականության ժամանակի զանգերը, պրոցեսորը ավելի շատ ժամանակ է ծախսում կոնկրետ առաջադրանքի վրա: Ի հավելումն որոշ ծայրամասային սարքերի վրա ցածր արագությամբ ժամացույցի խնայող էներգիայի սպառման օգտագործմանը, MSP430MCU-ն նաև տրամադրում է ծայրահեղ ցածր էներգիայի տատանիչներ՝ ACLK ազդանշան ստեղծելու համար:

Սպասման հոսանքի ռեժիմում (LPM3), MSP430MCU սովորաբար սպառում է 1-ից պակաս ACLK-ի շահագործման և ընդհատման միացված բոլոր վիճակներում:µՄի հոսանք. Հետևաբար, ցածր էներգիայի MCU-ները իրական ժամանակի ժամացույցի կամ կառավարման մարտկոցի լիցքավորման ժամանակ ավելի քիչ էներգիա են սպառում, քան DSP-ն:

Ավելին, առաջադրանքը տրվում է MCU-ին կամ DSP-ն կարող է ազատվել, որպեսզի այն կարողանա կատարել ազդանշանի մշակման առաջադրանքը իր լավ տեղում: Էլեկտրաէներգիայի սպառման խնայողության արդյունքների ինժեներները կարող են տեսնել կրկնակի պրոցեսորի դիզայնը՝ գերազանց արդյունքների հասնելու համար: Պատկերացրեք մի համակարգ, որը հենվում է բարձրակարգ DSP-ի վրա մոնիտորինգի առաջադրանքները կատարելու համար:

Պրոցեսորն արագ կօգտագործի մյուս 2500 մԱ/ժ նիկել-ջրածնային AA մարտկոցը: Եթե ​​միջին ընթացիկ սպառումը 10 մԱ է, ապա երկու սերիայի մարտկոցները կսպառվեն 10,5 օրվա ընթացքում:

Կրկնակի պրոցեսորային հավելվածները նվազեցնում են հոսանքը մինչև 1 մԱ՝ մարտկոցը մինչև 120 օր երկարացնելու համար: Կրկնակի պրոցեսորային համակարգում MCU-ն նվազեցնում է էներգիայի սպառումը, որոշ համակարգի կամ մոնիտորինգի գործառույթներ, որոնք կարող են մշակվել, ներառում են. Սովորաբար, այս հետքերը միաժամանակ սնուցվում են հիմնական (CPU) և DDR հիշողության և I/O սարքերի միջոցով:

Թեև հատուկ սարքերը կարող են ֆիքսված կարգով լարում կիրառել DSP չիպի վրա, այն չի կարող կատարել այլ գործառույթներ: Ավելի փոքր ցածր էներգիայի MCU-ները կարող են տեսակավորվել և վերահսկվել էլեկտրամատակարարման լարման համար և կատարել էներգիայի վերահսկման առաջադրանքներ (Նկար 2): Այս դեպքում ծրագրաշարը գործարկում է սնուցման կարգավորիչի երեք սխեմաներ համապատասխան կարգով:

MCU-ն օգտագործում է իր ներքին ADC-ն՝ համապատասխան լարումը հայտնաբերելու համար, երբ օգտագործվում են համապատասխան հոսանքի ռելսերը: Երբ ընդհանուր միացումը DSP չիպ չի ուզում, MCU-ն կարող է անջատել կարգավորիչը՝ DSP-ը փակելու համար: Իրականում, MCU-ն կարող է ուղղակիորեն շփվել ճնշման միջոցով կառավարվող oscillator-ի հետ՝ վերահսկելու DSP-ի լարումը և հաճախականությունը, կամ PLL կապի կառավարման DSP-ի ժամացույցի հաճախականությունը:

Հետևաբար, երբ DSP-ն ավարտում է հաշվողական խիտ առաջադրանքը, MCU կարգավորվող ժամացույցը DSP-ն փոխակերպում է սպասման ռեժիմի՝ էներգիայի սպառումը խնայելու համար: Երկկողմանի մոնիտորինգը թույլ է տալիս MCU-ին հայտնաբերել DSP՝ հասկանալու իր զբաղված վիճակը: Այս ռեժիմում MCU-ն աշխատում է որպես խելացի վերահսկիչ:

Մյուս կողմից, DSP-ն կարող է կարդալ և գրել MCU: Այսպիսով, DSP-ն կարող է տեղեկացնել MCU-ին, որպեսզի նվազեցնի կամ բարելավի DSP ժամացույցը՝ ըստ հավելվածի: Օգտագործելով MCU-ն DSP-ն ավարտելու համար, որոնք սովորաբար կատարում են մեկ պրոցեսորային համակարգում իրականացվող այլ առաջադրանքներ, դիզայներները կարող են նաև ավելի շատ առավելություններ ստանալ:

Օրինակ, ստեղնաշարի աշխատանքը մշակելիս MCU-ն ավելի քիչ էներգիա է սպառում, քան DSP-ն: MCU-ն ընդհատման ազդանշան է ուղարկում DSP-ին միայն կոճակի աշխատանքը կամ կոճակը բաց թողնելուց հետո: Այս մոտեցումն օգնում է կանխել հոսանքի ավելցուկ սպառումը, որն առաջանում է հարվածի հետևանքով, որը հաճախ հայտնվում է որոշ ձեռքի սարքերում:

DSP չիպի ծանրաբեռնվածությունը հետագայում թուլացնելու համար MCU-ն կարող է մատակարարել. վերը նշված և նախկինում նշվածի համար օգտագործվում են ստանդարտ SPI, UART և I2C պորտերը ռադիոհաճախականության կապի ծայրամասային սարքերի համար: Յուրաքանչյուր ծայրամասային սարք, MCU-ն կարող է ավտոմատ կերպով սկսել ցածր էներգիայի ռեժիմից: Հետևաբար, MCU-ն չի շարունակի հարցումներ կատարել ծայրամասային սարքերի վրա՝ որոշելու համար, թե որ ծառայությունը չի սպառում առավելագույն էներգիայի սպառումը այս առաջադրանքը կատարելու համար:

Ծայրամասային սարքերը կսկսվեն: Ցածր էներգիայի սպառման յուրաքանչյուր միլիվատ շատ արժեքավոր է: Վերջապես, դիզայները պետք է որոշի մեկ կամ երկու պրոցեսորների օգտագործումը հավելվածում` հիմնվելով DSP-ի կամ MCU-ի միջև հաշվարկային, չափման և ֆունկցիոնալ նկատառումների վրա: