技術詳解:利用嵌入式降低電池功耗
發布時間:2015-05-05 責任編輯:echolady
【導讀】本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)講(jiang)解(jie)利(li)用(yong)嵌(qian)入(ru)式(shi)降(jiang)低(di)功(gong)耗(hao)的(de)技(ji)術(shu)。嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)一(yi)直(zhi)是(shi)設(she)計(ji)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)之(zhi)一(yi),在(zai)便(bian)攜(xie)式(shi)係(xi)統(tong)中(zhong)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)取(qu)決(jue)於(yu)係(xi)統(tong)的(de)功(gong)耗(hao)。便(bian)攜(xie)設(she)備(bei)分(fen)為(wei)使(shi)用(yong)非(fei)充電電池供電和充電電池供電兩種。對於任何應用,電池壽命取決於以下因素
所用電池的可用電荷量
應用的平均電流消耗
使(shi)用(yong)充(chong)電(dian)電(dian)池(chi)的(de)應(ying)用(yong)還(hai)要(yao)考(kao)慮(lv)到(dao)另(ling)一(yi)個(ge)參(can)數(shu),那(na)就(jiu)是(shi)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)的(de)頻(pin)率(lv)和(he)每(mei)次(ci)充(chong)電(dian)所(suo)花(hua)的(de)時(shi)間(jian)。從(cong)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)角(jiao)度(du)說(shuo),延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)可(ke)通(tong)過(guo)提(ti)高(gao)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)或(huo)降(jiang)低(di)應(ying)用(yong)的(de)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)消(xiao)耗(hao)來(lai)實(shi)現(xian)。由(you)於(yu)電(dian)池(chi)重(zhong)量(liang)過(guo)大(da)會(hui)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)的(de)機(ji)械(xie)約(yue)束(shu)和(he)成(cheng)本(ben),因(yin)此(ci)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)隻(zhi)能(neng)將(jiang)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)提(ti)高(gao)到(dao)一(yi)個(ge)限(xian)值(zhi)。在(zai)電(dian)池(chi)化(hua)學(xue)技(ji)術(shu)的(de)全(quan)新(xin)發(fa)展(zhan)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)電(dian)池(chi)電(dian)荷(he)密(mi)度(du)的(de)同(tong)時(shi),我(wo)們(men)還(hai)亟(ji)需(xu)想(xiang)辦(ban)法(fa)繼(ji)續(xu)降(jiang)低(di)平(ping)均(jun)功(gong)耗(hao)。
應用的平均功耗取決於:
1、每個電路組件的功耗
2、應用的供電方案以及電力如何通過柵極輸送到設計的各個部分
3、設計中的各個組件是如何在不同的工作條件下工作的
4、每個組件的功耗可從各組件的器件數據表獲得。了解每個組件的功耗拆分信息非常重要,這有助於設計出色的係統,實現低功耗優化。
不(bu)妨(fang)來(lai)設(she)想(xiang)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)小(xiao)型(xing)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)數(shu)字(zi)時(shi)鍾(zhong)。該(gai)設(she)備(bei)可(ke)用(yong)於(yu)計(ji)時(shi),並(bing)在(zai)按(an)下(xia)按(an)鍵(jian)時(shi)能(neng)顯(xian)示(shi)當(dang)前(qian)時(shi)間(jian)。設(she)備(bei)通(tong)常(chang)處(chu)於(yu)斷(duan)電(dian)模(mo)式(shi)以(yi)節(jie)電(dian),隻(zhi)有(you)在(zai)檢(jian)測(ce)到(dao)按(an)鍵(jian)動(dong)作(zuo)時(shi)才(cai)會(hui)被(bei)喚(huan)醒(xing)並(bing)刷(shua)新(xin)顯(xian)示(shi)屏(ping)。顯(xian)示(shi)屏(ping)和(he)主(zhu)電(dian)路(lu)在(zai)工(gong)作(zuo)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)後(hou)會(hui)返(fan)回(hui)斷(duan)電(dian)模(mo)式(shi)以(yi)節(jie)電(dian)。
電路采用RTC計時,用主控製器芯片與RTC通(tong)信(xin),並(bing)管(guan)理(li)顯(xian)示(shi)屏(ping)界(jie)麵(mian)。整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)大(da)部(bu)分(fen)時(shi)間(jian)處(chu)於(yu)斷(duan)電(dian)狀(zhuang)態(tai),顯(xian)示(shi)屏(ping)關(guan)閉(bi),主(zhu)控(kong)製(zhi)器(qi)也(ye)處(chu)於(yu)斷(duan)電(dian)模(mo)式(shi),這(zhe)樣(yang)電(dian)流(liu)消(xiao)耗(hao)可(ke)降(jiang)到(dao)最(zui)低(di),所(suo)有(you)外(wai)設(she)都(dou)關(guan)閉(bi)。按(an)鍵(jian)則(ze)作(zuo)為(wei)喚(huan)醒(xing)設(she)備(bei)的(de)觸(chu)發(fa)器(qi),以(yi)獲(huo)取(qu)RTC數據並在顯示屏(通常為LCD)上進行顯示。
要(yao)分(fen)析(xi)這(zhe)種(zhong)係(xi)統(tong)的(de)功(gong)耗(hao),要(yao)看(kan)的(de)第(di)一(yi)個(ge)數(shu)據(ju)就(jiu)是(shi)設(she)備(bei)和(he)顯(xian)示(shi)屏(ping)都(dou)處(chu)在(zai)斷(duan)電(dian)模(mo)式(shi)下(xia)的(de)典(dian)型(xing)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)是(shi)多(duo)少(shao)。應(ying)查(zha)看(kan)每(mei)個(ge)外(wai)設(she)和(he)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)數(shu)據(ju)表(biao),以(yi)了(le)解(jie)功(gong)耗(hao)數(shu)據(ju)。為(wei)了(le)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)降(jiang)低(di)功(gong)耗(hao)並(bing)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming),應(ying)做(zuo)到(dao)給(gei)所(suo)有(you)不(bu)使(shi)用(yong)的(de)外(wai)設(she)斷(duan)電(dian)。在(zai)本(ben)應(ying)用(yong)中(zhong),這(zhe)個(ge)不(bu)使(shi)用(yong)的(de)外(wai)設(she)就(jiu)是(shi)顯(xian)示(shi)屏(ping)。與(yu)顯(xian)示(shi)屏(ping)形(xing)成(cheng)對(dui)比(bi)的(de)是(shi),RTC需要始終進行供電,以實現計時功能。
MCU通常是大多數係統中總功耗的主要來源。這一點同樣適用於本案例中的應用,如果不能選擇並適當使用正確的MCU時尤為如此。有很多辦法可降低MCU的功耗,包括但不限於:
1. 降低工作頻率
2. 以更低的工作電壓運行
3. 使用低功耗工作模式
MCU能在各種工作頻率上運行。然而,不同器件支持的頻率各不相同。MCU的功耗與工作頻率成正比,隨著頻率的升高,動態功耗也會升高。因此,MCU應該以盡可能低的頻率運行,同時能夠可靠地滿足係統的需求。
此外,頻率也與時鍾源有關。設備支持各種時鍾源選項,包括內部高速振蕩器、內部低速振蕩器、外wai部bu晶jing體ti振zhen蕩dang器qi等deng。在zai大da多duo數shu情qing況kuang下xia,外wai部bu晶jing體ti可ke提ti高gao精jing確que度du,但dan代dai價jia是shi功gong耗hao較jiao高gao。選xuan擇ze低di功gong耗hao時shi鍾zhong源yuan,往wang往wang要yao權quan衡heng速su度du和he精jing確que度du。為wei選xuan擇ze適shi當dang的de時shi鍾zhong源yuan,確que保bao係xi統tong性xing能neng和he功gong耗hao的de完wan美mei平ping衡heng,應ying該gai認ren真zhen研yan究jiu係xi統tong要yao求qiu。
大多數MCUzhichidigonghaogongzuomoshi,congermanzudigonghaoxitongshejideyaoqiu。tongyang,zhichimoshideshuliangyijimeizhongmoshidetexinggenjuqijianhuiyousuobutong。yingshidangshiyongdigonghaomoshi,yijiangdipingjungonghao。changjiandemoshibaokuo:
工作模式:MCU正常運行。
較低功耗模式:時鍾經門控後送至MCU,保持各種寄存器和RAM的狀態。
最低功耗模式:包括MCU在內的所有外設都斷電。
當時鍾經門控後送至MCU時,功耗就是靜態功耗。靜態功耗取決於幾個因素,包括亞閾值條件和FET中的隧道電流等。此外,隧道電流在小型芯片設計的FET縮減時會成為主要因素(即尺寸減小使得氧化物的厚度減小)。
今天,我們已經擁有在單芯片上實現完整係統/子係統高度集成的SoC。除了集成度之外,就功耗而言,這些SoC也有助於降低平均功耗,使其低於采用獨立MCU和分立外設的情況。
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