利用EPSON的RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊+Panasonic電池實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的低功耗
發(fā)布時(shí)間:2021-07-01 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】IoT(Internet of things),物聯(lián)網(wǎng)開辟了大量新應(yīng)用,并產(chǎn)生了更多對(duì)監(jiān)控或者控制功能的渴望。不幸的是,功耗也隨著功能的增加而增加。這是考慮整個(gè)系統(tǒng)功耗需求的出發(fā)點(diǎn)。大量的功能模塊消耗很大的電流。幸運(yùn)的是,并非所有功能都需要在最大的功耗模式下持續(xù)工作。那么目標(biāo)就是關(guān)閉當(dāng)下不需要的一切功能以減小功耗。一個(gè)設(shè)備始終一直在工作的就要求超低功耗??梢钥紤]使用RTC,因?yàn)镽TC實(shí)時(shí)時(shí)鐘是一直在工作的。
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?。何⒖刂破鲉卧∕CU)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?。?Phi;20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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