01 電流消耗

 

今天一切都聲稱是低功率（LP）。下一代應(yīng)用程序可能只有輕微的功率減小就已經(jīng)貼上了低功率LP標(biāo)簽。對(duì)于電池供電的系統(tǒng)，必須考慮實(shí)際的電流消耗與電池容量的關(guān)系。

 

可穿戴式，便攜式和許多IoT應(yīng)用被迫使用最少的能量以減小功耗。利用低電壓電源是一個(gè)很好的起點(diǎn)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)耗散都具有歐姆特性。選擇并優(yōu)化電路以實(shí)現(xiàn)最低功耗。不同元件的比較說明了單個(gè)電流消耗的大小：微控制器單元（MCU）不需要連續(xù)運(yùn)行！

 

02 電流消耗隨時(shí)間變化

 

示例：無線遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊。功能：根據(jù)控制系統(tǒng)的變化定期檢查傳感器，并且將大偏差值傳輸?shù)交?。（Implementation A）在典型情況下，動(dòng)作發(fā)生在時(shí)間a）的隨機(jī)點(diǎn)。動(dòng)作b）消耗最大電流。微控制器c）一直在運(yùn)行以及時(shí)準(zhǔn)備好以捕獲必要的動(dòng)作。集成在微控制器d）中的RTC允許對(duì)動(dòng)作加時(shí)間戳。e）顯示了總的電流消耗。

 

借助LOW POWER RTC模塊(Implementation B），微控制器僅定期起來查看是否有動(dòng)作要處理c''''''''），其他沒有事件處理的時(shí)間恢復(fù)到休眠模式，因此平均電流c''''''''''''''''）可能降低到技術(shù)上的最小值。在實(shí)際情況下，動(dòng)作時(shí)間（MCU處理事件）可能只是持續(xù)時(shí)間很短，只占整個(gè)時(shí)間段的一小部分，因此節(jié)省f）代表了主要部分。

 

 

03 在系統(tǒng)級(jí)別上進(jìn)行低功耗劃分

 

在設(shè)計(jì)早期階段考慮供電架構(gòu)架構(gòu)是一種良好的做法。電源線應(yīng)按照不同功能塊可以完全關(guān)閉的方式進(jìn)行布線。

 

3.1過程監(jiān)視模塊的通用示例

 

a）理想情況下，所有傳感器都會(huì)連續(xù)激活（每秒1000次），但這是至關(guān)重要的嗎？仔細(xì)研究每個(gè)單獨(dú)的塊可以探索降低功耗的潛力，只需延長(zhǎng)采樣之間的時(shí)間。

b）傳感器1：只要溫度<55°C，每分鐘只需讀取一次。當(dāng)溫度高于55°C，必須每10秒檢查一次。

c）傳感器2：水位不能快速變化，因此每15分鐘檢查一次就足夠了。

d）通信：通信模塊將在固定時(shí)間每天通信一次，或者在參數(shù)超過臨界限值時(shí)立即通信。

 

3.2 關(guān)鍵點(diǎn)

 

關(guān)閉電源后，檢查所有線路的漏電流。標(biāo)準(zhǔn)FET開關(guān)很容易泄漏幾μA數(shù)量級(jí)的電流。具有開漏配置的通信線路也是潛在的漏電流來源。確保上拉電阻連接到控制器電源。用于開關(guān)電源的二極管必須是低泄漏肖特基型。

 

必須關(guān)閉測(cè)試頻率輸出并配置為最低功耗。

 

04 控制活動(dòng)級(jí)別

 

在以下情況下達(dá)到最低的系統(tǒng)功耗：

 

 

只有一個(gè)超低功耗設(shè)備始終保持開啟狀態(tài)，控制定期喚醒并保持時(shí)間。

 

關(guān)閉所有其他塊，如果不可行，該模塊需要進(jìn)入休眠狀態(tài)或最低功耗空閑模式。這可能意味著>> 95％的時(shí)間內(nèi)唯一的需要供電的電路是RTC模塊。

 

05 選擇關(guān)鍵器件

 

5.1 EPSON的RTC模塊

      

EPSON的RTC模塊優(yōu)于具有單獨(dú)Xtal的通用RTC，尤其適用于物聯(lián)網(wǎng)和電源關(guān)鍵應(yīng)用。以EPSON的RX8111,RX4111,RX8010SJ 等為例，將RTC電路與32.768 kHz晶振集成到模塊中，具有如下的優(yōu)勢(shì)：

 

·RX8111CE

 

 

RX8111是一款擁有I2C接口和溫度補(bǔ)償功能的新型實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，RTC模塊體積很小，具有內(nèi)置的頻率調(diào)整后的32.768 kHz晶體單元和自動(dòng)電池切換功能。還配備了時(shí)間戳功能，用于記錄和存儲(chǔ)時(shí)間信息。適合用于工廠自動(dòng)化設(shè)備，辦公設(shè)備，手持終端，安全設(shè)備和其他小型電子產(chǎn)品等產(chǎn)品。

 

·RX4111CE

 

 

RX4111是一款擁有SPI接口和溫度補(bǔ)償功能的新型實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，RTC模塊體積很小，具有內(nèi)置的頻率調(diào)整后的32.768 kHz晶體單元和自動(dòng)電池切換功能。還配備了時(shí)間戳功能，用于記錄和存儲(chǔ)時(shí)間信息。適合用于工廠自動(dòng)化設(shè)備，辦公設(shè)備，手持終端，安全設(shè)備和其他小型電子產(chǎn)品等產(chǎn)品。

 

·RX8010SJ

 

 

1.高可靠性及穩(wěn)定性，采用內(nèi)置32.768KHz晶體, 減輕用戶對(duì)電路匹配的負(fù)擔(dān)和環(huán)境對(duì)晶體電路的影響。

 

2.軟件對(duì)于系統(tǒng)的工作狀態(tài)需要進(jìn)行監(jiān)控，以保證數(shù)據(jù)的正確和可靠性。8010 提供一個(gè)標(biāo)志 VLF，該標(biāo)志位的主要功能是檢測(cè)內(nèi)部晶體是否停振，當(dāng)系統(tǒng)受到干擾或重新上電復(fù)位，VLF 就有可能被置位。獨(dú)立的RTC模塊可以作為完全獨(dú)立的看門狗來監(jiān)控執(zhí)行期間的軟件。

 

3.SOP 8 小型化封裝, 引腳兼容NXP, Maxim/Dallas等多家RTC. 用戶可再現(xiàn)有的電路上方便應(yīng)用測(cè)試。

 

 

4.由于振蕩器電路采用密封封裝，外部無法觸及高阻抗觸點(diǎn)，因此可承受惡劣的環(huán)境條件，如潮濕和灰塵污染。晶體和RTC電路的距離非常小降低了對(duì)雜散信號(hào)耦合的敏感性。

 

5.時(shí)鐘精度5 /-23PPM,由EPSON工廠出廠時(shí)每片調(diào)整,以保證精度要求。

 

 

5.2作為RTC的備用電源，松下紐扣電池很受歡迎。一顆穩(wěn)定的電池所帶來的效果，會(huì)大大延續(xù)產(chǎn)品的使用壽命。

 

 

松下的一次性紐扣電池CR2032，它的特性如下:

 

· 體積小：Φ20毫米，厚度3.2毫米

· 恒定電源電壓：3.0 V

· 容量：225 mAh

· 高可用性

· 知名品牌：Panasonic

    

下圖為松下常見的CR-2032電池，在20°常溫環(huán)境下，配合Epson nA級(jí)別RTC，可以達(dá)到15年以上持續(xù)供電，保持產(chǎn)品在任何情況下，是RTC備電的穩(wěn)定的后勤保障。

 

 

而這一切的秘密，來源于松下電池的低內(nèi)阻。

 

•內(nèi)阻是指電流通過電池時(shí)所受到的阻力。電池的內(nèi)阻是化學(xué)電源的一個(gè)極為重要參數(shù)，它直接影響電池的工作電壓，工作電流，輸出的能量與功率，從功率和能量輸出的角度來看化學(xué)電源的內(nèi)阻越小越好。

 

•電池內(nèi)阻與材料（正負(fù)極材料，隔膜，電解液等），結(jié)構(gòu)以及裝配過程有關(guān)。一顆“好”的電池應(yīng)該保證在產(chǎn)品的后期，也要保持低內(nèi)阻，才能確保其產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

 

另外，松下還擁有全業(yè)界最穩(wěn)定的一次鋰氟化碳電池（BR電池）系列，溫度范圍更廣，持續(xù)放電能力更強(qiáng)。

 

 

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