Увеличение срока службы батареиОдин из основных способов продления срока службы батареи — это поддержание микроконтроллера в режиме минимального энергопотребления как можно дольше. На рисунке 1 показано, как сочетание высокой скорости работы и короткого времени пробуждения позволяет снизить среднее энергопотребление. Таким образом, цель состоит в том, чтобы микроконтроллер выполнял свои задачи как можно быстрее, что позволяет ему оставаться в режиме низкого энергопотребления в течение длительного периода времени.
Для максимального увеличения срока службы батареи также крайне важен микроконтроллер, способный работать при низком напряжении. На рисунке 2, предоставленном компанией Energizer, показан срок службы щелочной литиевой батарейки-таблетки в типичном регистраторе данных; большую часть времени она находится в режиме низкого энергопотребления, с периодическими включениями для обработки информации. График демонстрирует, что работа в режиме более низкого напряжения позволяет увеличить рекомендуемый пятилетний срок службы щелочной батареи типа AAAA еще на шесть месяцев.
Повышенная надежность:
генератор микроконтроллера влияет на множество аспектов производительности системы, ее стоимости, технологичности производства и надежности. Современные микроконтроллеры не только работают на более высоких скоростях, но и могут работать на полной скорости без внешнего источника тактового сигнала, обеспечивая широкий диапазон внутренних тактовых частот. Это позволяет программному обеспечению переключаться на более низкую частоту, чтобы оставаться в пределах рабочих параметров при падении напряжения, или увеличивать скорость при подключении источника питания.
Обеспечение надежного запуска кварцевого резонатора — еще одна распространенная производственная проблема. Причинами ненадежного запуска являются переменное качество компонентов, остатки флюса и дефекты схемотехники. Многих из этих проблем можно избежать, обеспечив высокое качество кварцевых резонаторов и применяя методы проектирования и тестирования, такие как тесты отрицательного сопротивления, предоставляемые производителями кварцевых резонаторов и микроконтроллеров. В частности, для низкочастотных схем может быть полезно смещение кварцевого резонатора. Это позволяет увеличивать смещение для обеспечения надежного запуска в различных условиях или уменьшать его для снижения энергопотребления.
Ключевой особенностью повышения надежности является отказоустойчивый мониторинг тактовой частоты, который непрерывно отслеживает переходы системной тактовой частоты. При пропуске нескольких переходов отказоустойчивый монитор тактовой частоты автоматически переключает источник тактовой частоты на внутренний генератор и прерывает работу ЦП. Это позволяет микроконтроллеру поддерживать критически важные функции и выполнять контролируемое завершение работы.
Еще одним фактором, влияющим на надежность, является то, что EEPROM данных часто заменяется программной эмуляцией во флэш-памяти, хотя некоторые приложения по-прежнему требуют независимого хранения данных. Микроконтроллеры нового поколения интегрируют высоконадежные EEPROM данных, выдерживающие до 100 000 циклов записи/стирания, но они пока нерентабельны для портативных промышленных приложений. Однако следует учитывать минимальный диапазон напряжения для операций записи, поскольку он может быть выше минимального рабочего напряжения микроконтроллера, что ограничивает фактический диапазон рабочих параметров.
Управление шумом:
Хотя низковольтные микроконтроллеры могут использоваться в приложениях, требующих высокой надежности, источник питания 5 В может упростить проектирование платы, повысить помехоустойчивость и улучшить поддержку существующих разработок. Однако по мере уменьшения размеров микросхем доступность новых 5-вольтовых микроконтроллеров снижается. В ответ на постоянно растущий спрос на работу при напряжении 5 В производители микросхем разработали новые способы работы при более высоких напряжениях, используя более компактные и дешевые компоненты.
Для дальнейшего повышения помехоустойчивости различные типы входных буферов, используемые на выводах портов и периферийных устройств, поддерживают различные функции даже при мультиплексировании на одном и том же выводе. Входы триггера Шмитта обеспечивают более широкие пороговые значения входного сигнала, чем их аналоги TTL, и повышают устойчивость системы к шуму.
Высокое сопротивление управляющего порта — ещё один важный аспект проектирования, выходящий за рамки простого управления светодиодами. Это высокое сопротивление предотвращает нежелательную связь вблизи шумных цепей, таких как импульсные стабилизаторы и высокоскоростные ШИМ-сигналы. Повышенный уровень излучаемого шума можно уменьшить, используя небольшой RC-фильтр на выводе порта, чтобы сохранить преимущества высокого сопротивления управляющего порта.
Хорошим примером аспектов, обсуждаемых в этой статье, является расходомер, показанный на рисунке 3. Блок измерения времени зарядки (CTMU), интегрированный в микроконтроллер, считывает расход, температуру и показания емкостной клавиатуры расходомера. Напряжение батареи контролируется 12-битным дифференциальным АЦП и источником опорного напряжения, а маломощный модуль запуска инициирует периодические повторные включения. Эта конструкция демонстрирует, что, используя функции, предлагаемые новейшими микроконтроллерами, можно создать надежную, маломощную конструкцию, способную также обеспечивать высокий уровень производительности.
Автор:
Дэвид Оттен и Джоэл Мах из компании Microchip Technology Inc.
