როგორ გამოვიყენოთ ორმაგი დაყენება გახანგრძლივებული ბატარეის გამოყენებით

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Προμηθευτής φορητών σταθμών παραγωγής ενέργειας

სისტემის ბევრი დიზაინერი თვლის, რომ ერთი ჩიპის მიერ მოხმარებული ენერგიის მოხმარება ორ ჩიპზე ნაკლებია. თავდაპირველად, ეს ძალიან მარტივია: ჩიპური კომუნიკაცია მოიხმარს უფრო მეტ ენერგიას, ვიდრე ერთი ჩიპი, ორივე ჩიპზე მეტი ტრანზისტორია, ამიტომ არის უფრო მეტი გაჟონვის დენები ერთი ჩიპით იგივე ფუნქციით. მაგრამ ენერგიის მოხმარების ტექნოლოგიამ ამ ტიპის ტრადიციული თვალსაზრისი მისცა.

DSP დიზაინერები აერთიანებენ უფრო მეტ ფუნქციას, როგორიცაა ამაჩქარებლები, საკომუნიკაციო მოდულები და ქსელის პერიფერიული მოწყობილობები DSP ჩიპში, რაც ჩიპს უფრო სასარგებლოს ხდის ინჟინრებისთვის. მაგრამ ეს უფრო მძლავრი ჩიპი მოიხმარს უფრო მეტ ენერგიას, ვიდრე ეს ამოცანა მარტივი შიდა მართვის ან მონიტორინგის ამოცანების შესრულებისას. ხშირ შემთხვევაში, დიზაინერს არ შეუძლია ჩართოს მხოლოდ DSP ჩიპში საჭირო ფუნქციები.

ზოგიერთ გამოყენებაში, მიკროკონტროლერს (MCU) შეუძლია შეასრულოს სისტემის მონიტორინგის იგივე დავალება და მოიხმაროს ნაკლები ენერგიის მოხმარება, ვიდრე DSP. ასე რომ, ორმაგი ჩიპის არქიტექტურა: DSP და MCU ასევე შესაძლებელია. ამიტომ, გამოიყენეთ დაბალი სიმძლავრის DSP, როგორც ძირითადი გადაწყვეტა, სხვა დაბალი სიმძლავრის MCU, როგორც სისტემის მონიტორი, შეუძლია გაახანგრძლივოს ბატარეის ხანგრძლივობა ერთი DSP-ის მიერ იმავე ამოცანის შესასრულებლად.

ენერგიის დაზოგვის მიზნით, ინჟინერებმა DSP-ის არჩევისას უნდა გაითვალისწინონ შემდეგი ფაქტორები: მოძებნონ უფრო დიდი ტევადობის ჩიპზე მეხსიერება. DSP ყოველთვის მოიხმარს მეტ ენერგიას ჩიპის გარე მეხსიერებაზე წვდომისას. გარე DRAM ინახავს ენერგიის მუდმივ მოხმარებას, რომელიც მოიხმარს ბატარეის ელექტრო ენერგიას.

აირჩიეთ DSP, რომლის გაშვება და პერიფერიული მოწყობილობების დახურვა შესაძლებელია. ზოგიერთ DSP-ს შეუძლია ავტომატურად გამორთოს ჩიპზე არააქტიური პერიფერიული მოწყობილობა, რომელიც უზრუნველყოფს სხვადასხვა კონტროლისა და ენერგიის მოხმარების პროვინციას. აირჩიეთ DSP, რომელიც იძლევა სხვადასხვა ლოდინის მდგომარეობას ენერგიის სხვადასხვა დონეზე.

მრავალჯერადი კვების წყარო დაზოგავს ენერგიის მეტ მოხმარებას. აირჩიეთ DSP განვითარების პროგრამისთვის, რომელიც ოპტიმიზებს ენერგიის მოხმარებას და ამცირებს ენერგიის მოხმარებას. ხელსაწყო უნდა აიძულებს დეველოპერებს ადვილად შეცვალონ ჩიპის ძაბვა და სიხშირე, მართონ დენის სტატუსი, დაეხმარონ მათ ენერგიის მოხმარების ინფორმაციის შეფასებასა და დაშლაში.

MCU მოიხმარს ნაკლებ დენს ზოგიერთ MCU-ში ზოგიერთ გამოყენებაში, დაბალი სიმძლავრის ნახევარგამტარული პროცესი ამცირებს ტრანზისტორის გაჟონვის დენს, რათა დაეხმაროს ჩიპების დიზაინერებს დაბალი სიმძლავრის მუშაობის ოპტიმიზაციაში. სამწუხაროდ, დაბალი ენერგიის მოხმარება შეზღუდავს MCU მუშაობას. მაგალითად, TEXASINSTRUMENTSMSP430MCU მოიხმარს 500NA დენს ლოდინის რეჟიმში, მაქსიმალური საათის სიხშირე არის 16MHz.

მაქსიმალური საათის სიხშირე, რომელიც მუშაობს TMS320C5506DSP-ში არის 108 MHz, მოიხმარს 10 ლოდინის რეჟიმშიµდენი. ეს აცხადებს, რომ ის მოიხმარს 20-ჯერ მეტს ვიდრე MSP430.

წარსულის განვითარებიდან მოყოლებული, შიდა MCU პერიფერიული კონტროლდება პროგრამული უზრუნველყოფის მიერ, რომელიც სტაბილურია CPU-ს სტატუსის შესანარჩუნებლად. მაგრამ ახალი შეფერხების დისკი (Interrupt-Driven) არის პერიფერიული პროგრამული უზრუნველყოფის ნაკლები ხარჯისთვის, საშუალებას აძლევს MCU-ს შეინარჩუნოს ლოდინის რეჟიმი უმეტეს დროს. მაგალითად, ავიღოთ შიდა მოდულის გადამყვანის (ADC) აპარატურა, ის ავტომატურად ასკანირებს შეყვანის არხს, ააქტიურებს კონვერტაციას და ახორციელებს DMA გადაცემას მიღებული მონაცემების შერჩევის ამოცანის გადასაჭრელად.

შედეგად, ADC თითქმის სპონტანურად მუშაობს. CPU მხოლოდ ძალიან ცოტა დროს იყენებს მიწოდების სერვისისთვის და MCU დაზოგავს ენერგიის მოხმარებას. მრავალჯერადი საათის შემცირების დენის მოთხოვნები MCU საათის სისტემის დიზაინი ასევე დაგეხმარებათ ენერგიის მოხმარების შემცირებაში.

მიკროსქემის დიაგრამა სურათზე 1 გვიჩვენებს ორ საათს, რომელიც მუშაობს ერთი ბროლით. MCU ჩვეულებრივ იყენებს 32 kHz კრისტალს, მაგრამ არ წარმოქმნის შიდა საათის სიგნალებს, სისტემის საათის (MCLK) და მეორადი საათის (ACLK) სიგნალებს. როგორც წესი, კრისტალები წარმოქმნიან მხოლოდ ACLK სიგნალებს.

MCU-ის დაბალი სიმძლავრის მოპოვება 32 kHz დამხმარე საათის გამოყენებით, რომელიც ერთდროულად მართავს MCU რეალურ დროში, მაღალსიჩქარიანი ციფრული კონტროლის ოსცილატორი (DCO) წარმოქმნის სისტემის საათის სიგნალს CPU-სთვის და მაღალსიჩქარიანი პერიფერიული მოწყობილობებისთვის. DCO-ს შეუძლია საათის სიგნალების გენერირება რამდენიმე გზით, თითოეულს აქვს განსხვავებული შესრულების და ენერგიის მოხმარების მახასიათებლები. დაბალი ენერგიის მოხმარებიდან მაღალამდე, ამ საათის რეჟიმებს აქვთ ულტრა დაბალი სიმძლავრის ოსცილატორები (VLO), 3kHz კრისტალები DCO-მდე.

ენერგიის მოხმარების შემცირების მიზნით, დიზაინერი იყენებს ყველაზე დაბალ საათს (VLO ან 32kHz კრისტალი) უმოქმედო რეჟიმში და აცნობიერებს მაღალი სიხშირის DCO-ს CPU-ში გამოსაყენებელი აქტივობის გამოყენებისას. DCO შეიძლება იყოს ნაკლები 1µS-ის დროის დრო აქტიურ მდგომარეობაში შედის და სრულად სტაბილურია. ეს მყისიერი ჩართვის შესაძლებლობა დაზოგავს დროსა და ენერგიის მოხმარებას.

გაითვალისწინეთ, რომ დაბალი სიხშირის დაბალი სიმძლავრის საათების გამოყენება აქტივობის გარჩევადობაში მოიხმარს უფრო მეტ ენერგიას, ვიდრე სწრაფ საათებზე გადასვლა. უფრო მეტი ენერგიის მოხმარების რეჟიმში, დაბალი სიხშირის დროის ზარები, CPU უფრო მეტ დროს ატარებს კონკრეტულ ამოცანაზე. გარკვეულ პერიფერიულ მოწყობილობებზე დაბალი სიჩქარის საათის დაზოგვის ენერგიის მოხმარების გამოყენების გარდა, MSP430MCU ასევე აწვდის ულტრა დაბალი სიმძლავრის ოსცილატორებს ACLK სიგნალის გენერირებისთვის.

ლოდინის დენის რეჟიმში (LPM3), MSP430MCU ჩვეულებრივ მოიხმარს 1-ზე ნაკლებს ACLK-ის მუშაობაში და ყველა შეფერხებულ მდგომარეობაშიµდენი. ამიტომ, დაბალი სიმძლავრის MCU-ები მოიხმარენ ნაკლებ ენერგიას ვიდრე DSP რეალურ დროში საათის ან მართვის ბატარეის დატენვისას.

უფრო მეტიც, მისია MCU-ში ასევე შეიძლება განთავისუფლდეს DSP-ის მიერ, რათა ის შესრულებადი გახდეს გადაწყვეტის ამოცანების სიგნალისთვის. ენერგიის მოხმარების დაზოგვის შედეგების ინჟინრებს შეუძლიათ დაინახონ ორმაგი მოთხოვნის დიზაინი შესანიშნავი შედეგების მისაღწევად. წარმოიდგინეთ სისტემა, რომელიც ეყრდნობა მაღალი დონის DSP-ს მონიტორინგის ამოცანების გადასაჭრელად.

ეს ხსნარი მალე გამოიყენებს 2500 mAh ნიკელ-წყალბადის AA ბატარეას. თუ ერთიანი დენის მოხმარება არის 10 mA, ორი სერიის ბატარეა ამოიწურება 10,5 დღის განმავლობაში.

ორმაგი გაყოფა გამოიყენეთ დენის შესამცირებლად 1 mA-მდე, რათა ბატარეა გაგრძელდეს 120 დღემდე. ორმაგი გადაწყვეტის სისტემაში MCU არის ენერგიის მოხმარების შემცირება, ზოგიერთი სისტემის ან მონიტორინგის ფუნქციები, რომლებიც შეიძლება გადაიჭრას, მოიცავს: რეალურ დროში საათის შენარჩუნებას დენის დახარისხება სიმძლავრის მნიშვნელობა და კლავიატურის გადატვირთვა ან ადამიანის ინტერფეისის მართვა ბატარეის მართვა ეკრანის კონტროლი DSP სიმძლავრე ბევრი DSP ელექტრომომარაგების დენის რელსების სიმრავლე გამოიყენება ფიქსირებული თანმიმდევრობით და ნორმალური მუშაობის უზრუნველსაყოფად. როგორც წესი, ეს ტრეკები ერთდროულად იკვებება ძირითადი (CPU) და DDR მეხსიერებით და I/O მოწყობილობებით.

მიუხედავად იმისა, რომ სპეციალურ მოწყობილობებს შეუძლიათ ძაბვის გამოყენება DSP ჩიპზე ფიქსირებული შეკვეთით, მას არ შეუძლია სხვა ფუნქციების შესრულება. მცირე სიმძლავრის MCU-ების დალაგება და მონიტორინგი შესაძლებელია ელექტრომომარაგების ძაბვაზე და შეასრულოს დენის კონტროლის ამოცანები (სურათი 2). ამ შემთხვევაში, პროგრამა იწყებს ელექტრომომარაგების რეგულატორის სამ წრეს შესაბამისი თანმიმდევრობით.

MCU იყენებს თავის შიდა ADC-ს შესაბამისი ძაბვის შესამოწმებლად შესაბამისი დენის რელსების დროს. როდესაც მთლიან წრეს არ სურს DSP ჩიპი, MCU-ს შეუძლია დახუროს რეგულატორი DSP-ის დახურვისთვის. სინამდვილეში, MCU-ს შეუძლია დაუკავშირდეს წნევის კონტროლირებად ოსცილატორს, რათა აკონტროლოს DSP-ის ძაბვა და სიხშირე, ან PLL საკომუნიკაციო კონტროლის DSP-ის საათის სიხშირე.

ამიტომ, როდესაც DSP ასრულებს გამოთვლით მკვრივ დავალებას, MCU რეგულირებადი საათი გარდაქმნის DSP-ს ლოდინის რეჟიმში, ენერგიის მოხმარების დაზოგვის მიზნით. ორმხრივი მონიტორინგი MCU ტესტი DSP მისი დატვირთული მდგომარეობის გასაგებად. ამ რეჟიმში, MCU მუშაობს როგორც ჭკვიანი კონტროლერი.

მეორეს მხრივ, DSP-ს შეუძლია წაიკითხოს და დაწეროს MCU. ასე რომ, DSP შეიძლება გამოყენებულ იქნას გამოყენების მიხედვით, აცნობეთ MCU-ს DSP საათის შემცირების ან გასაუმჯობესებლად. MCU-ის გამოყენებით სხვა ამოცანების შესასრულებლად, რომლებსაც DSP-ები ჩვეულებრივ აღწევენ ერთი გადაწყვეტილების სისტემაში, დიზაინერებს ასევე შეუძლიათ მიიღონ მეტი სარგებელი.

მაგალითად, კლავიატურის მუშაობის გადაჭრისას, MCU მოიხმარს ნაკლებ ენერგიას, ვიდრე DSP. MCU აგზავნის შეფერხების სიგნალს DSP-ზე მხოლოდ ღილაკის მოქმედების ან ღილაკის გაშვების შემოწმების შემდეგ. ეს გზა ეხმარება გადაჭარბებული დენის მოხმარებას, რომელიც გამოწვეულია დარტყმის შედეგად, ეს სიტუაცია ხშირად ვლინდება ზოგიერთ ხელის მოწყობილობაში.

DSP ჩიპის დატვირთვის შემდგომი შემსუბუქების მიზნით, MCU-ს შეუძლია მიაწოდოს: მამოძრავებელი მიკროსქემის სტანდარტული SPI, UART და I2C პორტები რადიოსიხშირული კომუნიკაციისთვის პერიფერიული ინტერფეისის ბატარეის მართვის მიკროსქემის უნივერსალური I/O პორტები, რომლებიც აღნიშნულია ზემოთ და წინა თითოეულ პერიფერიაზე, MCU-ს შეუძლია ავტომატურად დაიწყოს დაბალი ენერგიის რეჟიმიდან. ამიტომ, MCU არ აგრძელებს პერიფერიული მოწყობილობების გამოკითხვას, რათა დადგინდეს, რომელს მოემსახურება და არც ენერგიის მაქსიმალური მოხმარება ამოცანის შესასრულებლად. პერიფერიული მოწყობილობები დაიწყება.

დაბალი ენერგიის მოხმარების თითოეული მილივატი ძალიან ძვირფასია. დაბოლოს, დიზაინერები არ ეფუძნება ყოვლისმომცველ მოსაზრებებს გამოთვლებს, გაზომვებს და ფუნქციებს და DSP-ის ან MCU-ების გაშვებას შორის და იყენებენ ერთ ან ორ Sature-ს გამოყენებაში.