Die zunehmende Verschmelzung von Funktionen in Smartphones, tragbaren Displays, mobilen Spieleplattformen und anderen Wearables bietet Verbrauchern einen enormen Vorteil und eine große Auswahl an funktionsreichen Produkten. Gleichzeitig stellt dieser Trend Wearable-Designer vor große Herausforderungen. Sie müssen all diese unterschiedlichen Funktionen auf engstem Raum in einem einzigen Gerät vereinen und sich dabei von der Konkurrenz abheben. Oftmals gelingt dies durch überlegene Audioqualität, eine verbesserte Benutzeroberfläche, ein kompakteres Design und eine längere Akkulaufzeit. Dank einer neuen Generation hochintegrierter, systemweiter Lösungen für intelligentes Energiemanagement steht Designern nun ein Werkzeug zur Verfügung, mit dem sie die angestrebte Differenzierung erreichen und gleichzeitig eine flexible Architektur für verschiedene Plattformen und Produktgenerationen nutzen können.
Schnellere Markteinführung durch Flexibilität und Integration:
Die Notwendigkeit, vielfältige Funktionen in einem einzigen Gerät zu vereinen, unterstreicht nicht nur die Dringlichkeit einer hohen Integration zur Reduzierung der Baugröße, sondern verdeutlicht auch den Bedarf an einer intelligenten, programmierbaren Energiemanagementlösung. Diese muss die Anforderungen des Anwendungsprozessors und des Systemspeichers sowie weiterer Peripheriekomponenten wie WLAN, Bluetooth und GPS erfüllen. Viele Energiemanagementlösungen sind derzeit für einen bestimmten Anwendungsprozessor optimiert, was die Entwicklung einfacher Systeme vereinfacht. Originalgerätehersteller (OEMs), die eine breite Produktpalette für unterschiedliche geografische und demografische Gegebenheiten entwickeln, profitieren jedoch von einer flexibleren, integrierten Lösung, die plattformübergreifend und mit verschiedenen Anwendungsprozessoren wiederverwendbar ist.
Neuere Lösungen wie die intelligente Energiemanagementlösung IDTP95020 erreichen diese Flexibilität durch eine einzigartige Architektur mit integriertem Mikrocontroller (siehe Abbildung 1). Der Mikrocontroller verwaltet alle On-Chip-Ressourcen und unterstützt die dynamisch programmierbaren Leistungsregelungsmodule sowie das integrierte Energiemanagement, wodurch die Lösung ihre Flexibilität erhält. Neben verlustarmen LDO-Reglern und programmierbaren DC/DC-Schaltwandlern verfügt der IDTP95020 über ein integriertes Batterielademanagement, Treiber für weiße LEDs, stromsparende Stereo-Audio- und Sprachcodecs mit Mixerfunktion, einen Class-D-Verstärker und Kopfhörertreiber, eine Phasenregelschleife (PLL) zur Takterzeugung (On-Chip und Off-Chip) sowie einen Touchscreen-Treiber (siehe Abbildung 1). Jeder Funktionsblock ist vollständig programmierbar und kann über vordefinierte, im internen Speicher oder externen EEPROM gespeicherte Prozedursequenzen vom integrierten Mikrocontroller gesteuert werden. Dadurch kann der IDTP95020 unabhängig vom Anwendungsprozessor betrieben werden, was den Aufwand für allgemeine Wartung und Echtzeit-Ereignisüberwachung reduziert. Die Funktionsblöcke des IDTP95020 können vom Anwendungsprozessor über Registereingänge mittels einer von zwei I²C-Schnittstellen gesteuert werden.
Diese Flexibilität und Programmierbarkeit ermöglicht es dem IDTP95020 nicht nur, die von verschiedenen Anwendungsprozessoren benötigten dynamischen Spannungsanpassungen vorzunehmen, sondern versetzt Entwickler auch in die Lage, eine einfache Energiemanagementlösung schnell an die unterschiedlichen Peripherieanforderungen der Produkte ihrer Produktreihe anzupassen. Die Möglichkeit, eine einzige Lösung für mehrere Produkte wiederzuverwenden, kann den Entwicklungsaufwand für diese Projekte erheblich reduzieren und zu einer schnelleren Markteinführung beitragen. Darüber hinaus vereinfacht eine wiederverwendbare Energiemanagementlösung die Einkaufsprozesse und die Lagerverwaltung.
Auswirkungen komplexer Benutzerschnittstellen auf das System
Touchscreens, einst ein Luxusartikel, sind heute in zahlreichen Konsumprodukten Standard. Durch den Einsatz einer intelligenten Energiemanagementlösung wie dem IDTP95020 mit seinem integrierten Touchscreen- und WLED-Controller können Entwickler diese Funktionalität nicht nur schnell und einfach ohne zusätzliche Bauteile integrieren, sondern auch die Auslastung des Anwendungsprozessors und den Gesamtstromverbrauch des Systems reduzieren (siehe Abbildung 2). Indem die Steuerung von Touchscreen, Tasten und anderen Benutzereingaben vom Anwendungsprozessor an eine intelligente Energiemanagementlösung ausgelagert wird, kann der Prozessor seine hohe Rechenleistung für andere wertschöpfende Funktionen nutzen oder länger im Schlaf- bzw. Standby-Modus verbleiben, was den Gesamtstromverbrauch des Systems senkt. Der IDTP95020 entlastet den Anwendungsprozessor zudem von der Steuerung der Hintergrundbeleuchtung. Durch die Integration des Steuerungssystems für WLED und Touchscreen sowie die Möglichkeit, weitere analoge Systemmessungen über einen 12-Bit-ADC zu überwachen, benötigt der IDTP95020 den Anwendungsprozessor nicht mehr, um den Bildschirm zu aktivieren oder seine Helligkeit zu regeln.
Einfachere Audiowiedergabe dank integriertem Codec:
Viele mobile Anwendungen, insbesondere solche mit separaten Anwendungs- und Basisbandprozessoren, verfügen über mehrere Audioeingänge und -ausgänge, die gemischt und feinabgestimmt werden müssen. Daher ist ein zentraler Audiomischer erforderlich, der in vielen Architekturen vom Anwendungsprozessor genutzt wird. Der Audiomischer ist jedoch rechenintensiv, was die Prozessorressourcen stark belasten und den Stromverbrauch deutlich erhöhen kann. Ein intelligentes Energiemanagementsystem mit integriertem Audiocodec bietet hier eine bessere Lösung. Durch die Auslagerung der Audiomischung reduziert die integrierte Energiemanagementlösung IDTP95020 die Rechenlast des Anwendungsprozessors und schafft so Ressourcen für andere Funktionen oder senkt den Stromverbrauch des Systems durch einen Energiesparmodus für den Prozessor (siehe Abbildung 3).
Entwicklungsumgebung:
Eine vollständig programmierbare, intelligente Energiemanagementlösung bietet Entwicklern zwar ein hohes Maß an Integration und Flexibilität, erfordert aber auch die Definition von Sequenzen und Prozeduren zur Reaktion auf verschiedene Unterbrechungen und Ereignisse. Um sicherzustellen, dass die Erstellung dieser Sequenzen und Prozeduren die Markteinführungszeit eines Projekts nicht verzögert, ist eine robuste Entwicklungsumgebung für alle Lösungen unerlässlich. Die Entwicklungswerkzeuge für den IDTP95020 umfassen ein Evaluierungsboard, das direkt an den PC des Entwicklers angeschlossen werden kann. Anschließend kann der Entwickler das Programmierwerkzeug von IDT mit seiner grafischen Benutzeroberfläche nutzen, die eine benutzerfreundliche Drag-and-Drop-Funktion zur Konfiguration der Stromschienen bietet. Der Entwickler kann TCL-Prozeduren für den IDTP95020 erstellen und ausführen, um eine vordefinierte Abfolge von Aktionen und Funktionen durchzuführen. Sobald der Entwickler diese Skriptdateien fertiggestellt hat, ermöglicht das Werkzeug das direkte Laden in den EEPROM-Speicher des Evaluierungsboards (siehe Abbildung 4).
Energiemanagement: Eine strategische Entscheidung.
Traditionell wurde das Energiemanagement bei der Entwicklung vieler tragbarer Konsumgeräte erst spät berücksichtigt. Obwohl dieser Ansatz in der Vergangenheit gute Dienste geleistet hat, gewinnt die Wahl einer geeigneten Energiemanagementlösung aufgrund der zunehmenden Komplexität tragbarer Geräte und des Bedarfs an vielfältigen Funktionen bei gleichzeitig maximaler Akkulaufzeit an Bedeutung. Die Entwicklung intelligenter Energiemanagementlösungen wie IDTP95020 ermöglicht es Entwicklern nun, sich strategisch für eine flexible, integrierte Lösung zu entscheiden, die plattform- und generationsübergreifend einsetzbar ist. Dies reduziert den Entwicklungsaufwand für diverse Produkte und beschleunigt die Markteinführung. Darüber hinaus trägt es zur Optimierung der Systemleistung und des Energieverbrauchs bei.
Autor:
Casey Springer. IDT
