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嵌入式电源系统降低功耗的设计

时间:2023-04-08     作者:太阳成tyc9728集团官网入口   阅读

    随着嵌入式电源系统的不断发展和应用面的不断扩大,功耗设计作为嵌入式电源系统设计的重要部分也逐渐显示出其重要性。尤其是在使用电池供电的便携式设备和无线RTU设备中,如何大限度的降低系统功耗,减少不必要的电源损耗,延长电池的使用时间,降低由大容量电池带来的系统成本成为一个重要议题。

    我们要明确一点,任何种类的电子器件,一且加上电源,无论工作与否,都会有功耗,这部分功耗称为静态功耗,是无法去除的,我们所能做的只是尽量选择静态功耗低的器件,降低嵌入式电源系统的功耗可以从器件选型和过程控制两方面入手。

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1器件选型

    器件选型主要考虑的是单片机的选型和外围器件的选型。

单片机选型

    在满足正常工作的前提下,我们应该选择供电电压更低,系统时钟顿率更低的单片机。值得注意的一点是,虽然较低的时钟频率有利于降低功耗,但是低数率造成的处理速度降低而导致的处理时间增长也会带来功耗的增加.所以也可以根据系统的工作需要选择内部时钟频率可变的,或者带有双时钟输入的单片机,这样在有事件或数据需要处理时使用较高的频率,大功耗工作时间,而在处于这等待状态时可以使用较低的时钟频率以降低单片机内核的功率消耗.还有如果可以选择带有停机和休眠工作方式的单片机就更好了。

另外我们经常会认为单片机的总线宽度越宽越好,当然仅从数据的传输和处理速度上看这个观点是没错的,但是在对功耗相当敏感的设计中这个观点有未必完全正确.由于每一条数据总线都存在着符合公式的功耗关系,所以总线的宽度越宽功耗自然也就越大。

1.2其他器件选择

    其他器件的选择包括电源芯片和片外功能器件,同理应该根据公式选择低供电电压的,MOS管驱动的器件,在此不再赘述。

2低功耗过程控制

    低功耗过程控制要通过动态调整单片机的工作状态,并通过单片机控制外部器件的工作状态来实现。

2.1单片机低功耗工作状态控制

    在单片机的选择部分我们已经提到过,可以选择多时钟多工作方式的单片机是系统的性能更上一层,下面我们就来详细说明如何使用这样的单片机来提高系统的性能。

    单片机一般具有三种低功耗工作状态,分别是:停机,休眠和降速。

(1)停机方式

    停机方式适用于外部事件的触发可以作为单片机的复位信号的系统.根据公式1.停机状态时单片机的动态功耗将为0,只剩下单片机上电后固有的静态功耗,也就是我们可以做到的单片机的低功耗。

    这种工作方式虽然功耗很低,但是在唤醒单片机时,需要较长的复位时间,所以对于需要对时间作出高速反应的系统显然就不适用了。

(2)休眠方式

    单片机在休眠状态下CPU是停止工作的,可以有内部和外部的中断来唤醒,由于CPU停止工作,单片机的功耗会有一定的降低,根据休眠之前工作状态的不同可以减小有几百微安到几毫安的功耗,而且从休眠方式下唤醒,CPU可以直接进人休眠前的工作状态并开始处理事件,所以反应速度是也是没有问题的。

但是我们也可以看出,由于休眠状态只是关掉了单片机的处理器,相当于只关掉了一部分电路,而并没有改变单片机的系统时钟顿率,所以这种工作方式所能节约的功耗也是非常有限的。

(3)降速方式

    这里的降速并不等同于前面所说的降低数据和事件处理时的工作速度,而是说在做完这些工作之后,单片机处于等待事件触发的状态时,可以将单片机的系统时钟降低到维持正常监测工作即可。

根据公式可知,与体眠方式相比,这种工作方式可以更大程度上降低单片机工作时的功耗,而且由于单片机处于正常的活动状态,对各种事件都可以做到及时的响应,比停机方式具有更快的反应速度。

在实际应用中,我们可以根据系统的工作需要和供电电源的状态,灵活运用单片机的这三种低功耗状态和高速工作状态。

2.2其他器件低功耗工作状态控制

    其实其它外部器件的工作也可以看作是处于上图所示的状态切换过程中。工作时处于功耗较高的高速状态;不工作时断电,或者休眠,进入低功耗的低速状态。同样的整个嵌入式电源系统也在这种高功耗和低功耗间隔发生的过程中,达到了对功耗的利用。


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