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淺析降低無線系統功耗的11個因素

NJ90_gh_bee81f8 ? 來源:未知 ? 作者:胡薇 ? 2018-09-03 11:01 ? 次閱讀

備受青睞的物聯網IoT)包含大量連接到互聯網的低功率無線設備。這些設備需要精心設計,以延長其電池壽命,減少對環境的影響,并最大限度地提高制造商利潤。

要降低無線系統的功耗,我們需要考慮如下11個因素:

第一:系統選擇

使用的無線類型取決于幾個因素,其中主要是數據速率、通信范圍和運營成本。選擇范圍非常廣泛,從短距離ZigBee、線程、藍牙Wi-Fi,到遠程低功率無線(如LoRaSigFox)或蜂窩解決方案。

第二:波長

一些無線波長比其它波長傳播得更好,而且傳播可能與提高的功率效率相關。通常,低頻率無線電波比高頻率傳播得更好,但缺點是數據速率可能較低。例如,2.4/5GHz頻段的傳輸距離為幾十米,但每秒可傳輸數百kb的數據。而低于GHz頻段的傳輸距離可以達到幾百米甚至幾千米,但傳輸速度可能只有每秒幾個kb。無線網狀網絡通過在節點之間轉換數據來擴展傳輸距離。

第三:微控制器的待機功耗

很多微控制器都聲稱自己是低功耗的。但是,一些僅在待機狀態下低功耗,另一些則在運行時也保持低功耗。設備待機的頻次決定了哪一個才是關鍵參數。如果設備通常都處于待機狀態,就要考慮深度睡眠的功耗。如果設備總是處于喚醒狀態,例如收聽網絡,那么關鍵參數就變成了工作功耗。

第四:電源

電源是電池供電設備的關鍵考慮因素。一旦你為產品選定了合適的供電方式,比如是用戶可更換的電池(AA,AAA等)還是可充電電池(如鋰離子聚合物電池Li-Po),就可以進行相應的優化。環境溫度(特別冷或特別熱)對電池使用壽命有很大影響,就像電池放電曲線一樣。低功率無線電設備在睡眠時一般功耗非常少,在喚醒時會使用大量電流進行接收和發射,某些類型的電池可能無法很好地處理這種情況。

第五:上拉及其它設計技巧

低功耗無線系統設計需要注意無線電路之外的一些細節,例如上拉電阻。這些需要進行優化才能最大限度地延長電池壽命。例如,可通過添加有源器件(如FET)來打開和關閉器件和上拉電阻。

如果您決定在設計中使用FET,請用心選擇。即使只消耗了幾毫安,你也會發現額定功率為幾安的高功率器件的Vf(正向電壓)較低,這意味著FET導通時浪費的電能更少。

第六:電子表格

使用電子表格便于確定應該做出哪些折衷來獲得可行的設計。

電子表格可用于查看傳輸或接收時序的平衡如何影響電池壽命,以及傳輸應持續多長時間,以便確定穩壓器在電壓范圍和電流要求方面的效率。

第七:功率測量

標準萬用表的采樣率比較低,容易錯過與傳輸相關的短RF突發。要進行功率測量,最好使用帶數學函數的示波器,或高頻萬用表。作為替代方案,用瓦時計可測量長時間內的功率累加之和。

第八:天線調諧

如果傳輸范圍很重要,請務必調整天線。這樣可以在不增加系統功率預算的情況下最大化設備的能效。

第九:TX功率

不要在不必要的情況下提高輸出功率。例如,如果你的無線傳輸距離只需10米,就不需要5dB的輸出功率,否則只會浪費電能,并縮短電池使用壽命。

第十:批量測試

使用電池供電的低功耗設備,可以在接近器件性能極限的情況下工作。例如,對于FET和其它依賴于低壓降的有源器件,設備之間總會出現可能影響性能的特征變化。這意味著使用批處理方式進行批量測試是值得的,以確保任何變化都不會影響最終系統的運行。

使用SPICE仿真器模擬設計的一些簡單部分,比如在極端溫度和高壓范圍內進行測試,這樣在大批量生產時就可以避免很多問題。

第十一:發射器脈沖

當發射器開啟時,低功率無線電設備會處于最大功率狀態。盡可能減少必須傳輸的數據量,使 “開啟”時間最短,比如可以使用二進制或zip格式壓縮較大的文件來減少數據量。

在開發智能家居產品、遠程監控設備或許多其它物聯網解決方案時,我們的嵌入式設計顧問在設計低功耗系統時始終會考慮以上11個注意事項。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
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原文標題:無線系統設計的11個省電技巧

文章出處:【微信號:gh_bee81f890fc1,微信公眾號:面包板社區】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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