Kā izmantot dubulto iestatījumu, izmantojot pagarinātu akumulatora darbības laiku

作者：Iflowpower – Kaasaskantava elektrijaama tarnija

Daudzi sistēmu dizaineri uzskata, ka vienas mikroshēmas patērētais enerģijas patēriņš ir mazāks nekā divu mikroshēmu patēriņš. Sākotnēji tas ir ļoti vienkārši: mikroshēmu komunikācija patērē vairāk enerģijas nekā viena mikroshēma, abās mikroshēmās ir vairāk tranzistoru, tāpēc ir vairāk noplūdes strāvu ar vienu mikroshēmu ar tādu pašu funkciju. Taču enerģijas patēriņa tehnoloģija ir devusi šāda veida tradicionālo skatījumu.

DSP dizaineri integrē DSP mikroshēmā vairāk funkciju, piemēram, paātrinātājus, sakaru moduļus un tīkla perifērijas ierīces, padarot mikroshēmu noderīgāku inženieriem. Bet šī jaudīgākā mikroshēma patērēs vairāk enerģijas nekā šis uzdevums, veicot vienkāršus iekšējās pārvaldības vai uzraudzības uzdevumus. Daudzos gadījumos dizainers nevar iespējot tikai DSP mikroshēmā nepieciešamās funkcijas.

Dažos gadījumos mikrokontrolleris (MCU) var veikt to pašu sistēmas uzraudzības uzdevumu un patērē mazāk enerģijas nekā DSP. Tātad ir iespējama arī dubultās mikroshēmas arhitektūra: DSP un MCU. Tāpēc izmantojiet mazjaudas DSP kā galveno risinājumu, citu mazjaudas MCU kā sistēmas monitoru, kas var pagarināt akumulatora darbības laiku, ko patērē viens DSP, lai veiktu to pašu uzdevumu.

Lai palīdzētu taupīt enerģiju, inženieriem, izvēloties DSP, jāņem vērā šādi faktori: meklējiet lielākas ietilpības mikroshēmas atmiņu. Piekļūstot mikroshēmas ārējai atmiņai, DSP vienmēr patērē vairāk enerģijas. Ārējā DRAM saglabā pastāvīgu enerģijas patēriņu, kas patērē akumulatora elektroenerģiju.

Izvēlieties DSP, kuru var palaist un aizvērt perifērijas ierīces. Daži DSP var automātiski izslēgt neaktīvās mikroshēmas perifērijas ierīces, kas nodrošina dažādus vadības un enerģijas patēriņa apgabalus. Izvēlieties DSP, kas nodrošina dažādus gaidstāves stāvokļus dažādos jaudas līmeņos.

Vairāku barošanas bloks ietaupa vairāk enerģijas patēriņa. Izvēlieties DSP izstrādes programmatūrai, kas optimizē enerģijas patēriņu un samazina enerģijas patēriņu. Rīkam jāļauj izstrādātājiem viegli mainīt mikroshēmas spriegumu un frekvenci, pārvaldīt jaudas statusu, palīdzēt novērtēt un sadalīt informāciju par enerģijas patēriņu.

Dažos MCU dažos gadījumos MCU patērē mazāk strāvas, mazjaudas pusvadītāju process samazina tranzistora noplūdes strāvu, lai palīdzētu mikroshēmu dizaineriem optimizēt mazjaudas darbību. Diemžēl mazais enerģijas patēriņš ierobežos MCU veiktspēju. Piemēram, TEXASINSTRUMENTSMSP430MCU gaidstāves režīmā patērē strāvu 500 NA, maksimālā pulksteņa frekvence ir 16 MHz.

Maksimālā pulksteņa frekvence, kas darbojas TMS320C5506DSP, ir 108 MHz, gaidīšanas režīmā patērē 10 MHz.µA strāva. Tas paziņo, ka tas patērē 20 reizes vairāk nekā MSP430.

Kopš pagātnes attīstības iekšējo MCU perifērijas ierīci kontrolē programmatūra, kas ir regulējama, lai uzturētu CPU statusu. Bet jaunais pārtraukumu diskdzinis (pārtraukšanas vadītais) ir perifērijas ierīce, kas nodrošina mazāk programmatūras pieskaitāmās izmaksas, ļauj MCU lielāko daļu laika uzturēt gaidīšanas režīmu. Kā piemēru ņemiet iekšējā moduļa pārveidotāja (ADC) aparatūru, kas automātiski skenē ievades kanālu, aktivizē pārveidošanu un izpilda DMA pārraidi, lai atrisinātu saņemto datu izlases uzdevumu.

Rezultātā ADC darbojas gandrīz spontāni. CPU patērē ļoti maz laika savam piegādes pakalpojumam, un MCU ietaupa enerģijas patēriņu. Vairākas pulksteņa samazināšanas jaudas prasības MCU pulksteņa sistēmas dizains var arī palīdzēt samazināt enerģijas patēriņu.

Shēma 1. attēlā parāda divus pulksteņus, kas darbojas ar vienu kristālu. MCU parasti izmanto 32 kHz kristālu, bet ne vienmēr ģenerē iekšējos pulksteņa signālus, sistēmas pulksteņa (MCLK) un sekundārā pulksteņa (ACLK) signālus. Parasti kristāli ģenerē tikai ACLK signālus.

MCU mazjaudas ekstrakcija, izmantojot 32 kHz papildu pulksteni, kas vienlaikus darbina MCU reāllaika pulksteni, ātrgaitas digitālās vadības oscilators (DCO) ģenerē sistēmas pulksteņa signālu centrālajam procesoram un ātrdarbīgām perifērijas ierīcēm. DCO var ģenerēt pulksteņa signālus vairākos veidos, katram no kuriem ir atšķirīgi veiktspējas un enerģijas patēriņa raksturlielumi. No maza līdz lielam enerģijas patēriņam, šiem pulksteņa režīmiem ir īpaši zemas jaudas oscilatori (VLO), 3kHz kristāli līdz DCO.

Lai samazinātu enerģijas patēriņu, dizainers dīkstāves režīmā izmanto zemāko takts frekvenci (VLO vai 32kHz kristāls) un realizē augstas frekvences DCO, izmantojot darbību, kas jāizmanto CPU. DCO var būt mazāks par 1µS laika laiks nonāk aktīvajā stāvoklī un ir pilnībā stabils. Šī tūlītējā iespējotā iespēja ietaupa laiku un enerģijas patēriņu.

Ņemiet vērā, ka zemas frekvences mazjaudas pulksteņu izmantošana aktivitātes izšķirtspējā patērēs vairāk enerģijas nekā pārslēgšanās uz ātrākiem pulksteņiem. Lielāka enerģijas patēriņa režīmā zemas frekvences laika zvani CPU pavada vairāk laika konkrētam uzdevumam. Papildus tam, ka noteiktās perifērijas ierīcēs tiek izmantots zema ātruma pulksteņa taupīšanas enerģijas patēriņš, MSP430MCU nodrošina arī īpaši zemas jaudas oscilatorus, lai ģenerētu ACLK signālu.

Gaidstāves barošanas režīmā (LPM3) MSP430MCU parasti patērē mazāk par 1 ACLK darbībā un visos stāvokļos, kuros ir iespējoti pārtraukumi.µA strāva. Tāpēc mazjaudas MCU patērē mazāk enerģijas nekā DSP reāllaika pulksteņa vai vadības akumulatora uzlādes laikā.

Turklāt DSP var arī atbrīvot MCU misiju, lai padarītu to izpildāmu signālu izšķirtspējas uzdevumu veikšanai. Enerģijas patēriņa taupīšanas rezultāti inženieri var redzēt divu pieprasījumu dizainu, lai sasniegtu izcilus rezultātus. Iedomājieties sistēmu, kas paļaujas uz augstas klases DSP, lai atrisinātu uzraudzības uzdevumus.

Šis risinājums drīzumā izmantos 2500 mAh niķeļa-ūdeņraža AA akumulatoru. Ja vienmērīgais strāvas patēriņš ir 10 mA, abas sērijas baterijas tiks izlādētas 10,5 dienu laikā.

Dual Split Izmantojiet, lai samazinātu strāvu līdz 1mA, lai akumulators tiktu pagarināts līdz 120 dienām. MCU divējāda risinājuma sistēmā ir paredzēts, lai samazinātu enerģijas patēriņu. Dažas sistēmas vai uzraudzības funkcijas, kuras var atrisināt, ir šādas: reāllaika pulksteņa uzturēšana barošanas šķirošanas jaudas nozīme un atiestatīšana tastatūras vai cilvēka saskarnes pārvaldība akumulatora pārvaldības displeja vadība DSP jauda Daudzi DSP barošanas avota barošanas sliedes tiek izmantotas fiksētā secībā, lai nodrošinātu normālu darbu DSP un perifērijas ierīcēs. Parasti šos ierakstus vienlaikus darbina kodols (CPU) un DDR atmiņa un I/O ierīces.

Lai gan īpašās ierīces var pievienot spriegumu DSP mikroshēmai pēc noteikta pasūtījuma, tās nevar veikt citas funkcijas. Mazākus mazjaudas MCU var kārtot un uzraudzīt barošanas avota spriegumu, kā arī veikt jaudas kontroles uzdevumus (2. attēls). Šajā gadījumā programmatūra iedarbina trīs barošanas avota regulatora ķēdes atbilstošā secībā.

MCU izmanto savu iekšējo ADC, lai pārbaudītu atbilstošo spriegumu, kad attiecīgās jaudas sliedes. Ja kopējā ķēde nevēlas DSP mikroshēmu, MCU var aptvert regulatoru, lai aizvērtu DSP. Faktiski MCU var sazināties ar spiediena kontrolētu oscilatoru, lai kontrolētu DSP spriegumu un frekvenci vai PLL sakaru vadības DSP takts frekvenci.

Tāpēc, kad DSP pabeidz skaitļošanas blīvo uzdevumu, MCU regulējamais pulkstenis pārvērš DSP gaidstāves režīmā, lai taupītu enerģijas patēriņu. Divvirzienu uzraudzības MCU pārbauda DSP, lai saprastu tā aizņemto stāvokli. Šajā režīmā MCU darbojas kā viedais kontrolieris.

No otras puses, DSP var lasīt un rakstīt MCU. Tātad DSP var izmantot atbilstoši lietojumam, informējiet MCU, lai samazinātu vai uzlabotu DSP pulksteni. Izmantojot MCU, lai izpildītu citus uzdevumus, ko DSP parasti veic vienā risinājuma sistēmā, dizaineri var arī iegūt vairāk priekšrocību.

Piemēram, risinot tastatūras darbību, MCU patērē mazāk enerģijas nekā DSP. MCU nosūta pārtraukuma signālu uz DSP tikai pēc pogas darbības pārbaudes vai pogas atlaišanas. Tādā veidā tiek novērsts pārmērīgs strāvas patēriņš, ko izraisa sitiens, un šī situācija bieži tiek novērsta dažās rokas iekārtās.

Lai vēl vairāk atvieglotu DSP mikroshēmas slodzi, MCU var nodrošināt: piedziņas ķēdes standarta SPI, UART un I2C portus radiofrekvenču sakaru perifērijas interfeisa akumulatora pārvaldības shēmai universālos I / O portus, kas minēti iepriekš un iepriekšējā Katra perifērijas ierīce, MCU var automātiski startēt no mazjaudas režīma. Tāpēc MCU neturpina veikt perifērijas ierīču aptauju, lai noteiktu, kuru apkalpot, kā arī neveic maksimālo enerģijas patēriņu uzdevuma veikšanai. Sāksies perifērijas ierīces.

Katrs milivats ar zemu enerģijas patēriņu ir ļoti vērtīgs. Visbeidzot, izstrādātāji nebalstās uz visaptverošiem apsvērumiem starp aprēķiniem, mērījumiem un funkcijām un DSP vai MCU darbību, un izmanto vienu vai divus Satures.