Nizka poraba se pogosto šteje kot osrednje načelo nekega »energijsko prijaznega« proizvoda, vendar se ob tem pojem »majhne moči« redko pojasni ali določi.
Odvisno od posamezne aplikacije in od tega, kako bo mikrokontroler uporabljen v njej, se bodo zahteve za mikrokontroler z nizko porabo razlikovale. Vrste uporabe je mogoče razvrstiti v tri glavna področja:
- Način delovanja z minimalno močjo – ta se bo uporabljal v aplikacijah, kot je na primer baterijsko napajan termostat. Najmanjšo porabo v tem načinu določa najnižja raven moči, ki je potrebna za delovanje LCD zaslona. S tem zmanjšanjem porabe znatno podaljšamo življenjsko dobo baterije.
- Poraba delovnega toka – za aplikacije, kot so števec električne energije, stopnja in narava se nizka poraba nanaša na delovni tok, ki ga sistem porabi med delovanjem.
- Časovno odvisne aplikacije – To so sistemi, ki zahtevajo, da se datum in čas ohranita, ne glede na prisotnost primarnega napajanja sistema, kot je na primer merilnik električne energije v času izpada električne energije.
Ker se zahteve za različne aplikacije razlikujejo, oblikovalci iščejo mikrokontrolerje, ki bi imeli še bolj fleksibilne načine delovanja za prilagajanje delovanju nekega sistema.
V preteklosti so imeli mikrokontrolerji aktivni način za omogočanje delovanja naprave, »spanje« in »dremež« načina za zmanjšanje ali odpravo preklopih izgub mikrokontrolerja, hkrati pa so imeli omogočeno delovanje zunanjih perifernih naprav ter načine spanja, kjer je dovoljeno omejeno delovanje periferije z minimalno porabo energije. Kar lepo število novih načinov delovanja z nizko porabo je bilo dodanih naprednim mikrokontrolerjem, s katerim so želeli povečati prožnost in preiti na bolj napredne silicijeve tehnološke procese, ki hkrati zmanjšujejo stroške in delovni tok. Da bi predstavili nekatere načine delovanja, ki so na voljo v današnjih naprednih generacijah mikrokontrolerjev, bomo v tem članku preučili, kako se ti novi načini delovanja z nizko porabo uporabljajo v najrazličnejših aplikacijah.
Za vsak primer zase bomo naredili model s pomočjo programskega orodja Battery Life Estimator (BLE) orodja in 16-bitnega mikrokontrolerja, s čimer bomo zagotovili primerjavo različnih načinov delovanja, če se izvajajo v različnih aplikacijah. Microchipov BLE je brezplačno programsko orodje, ki pomaga oblikovalcem oceniti, kakšno baterijo izbrati za njihov sistem in ugotoviti, kateri od razpoložljivih načinov delovanja je najprimernejši za njihovo aplikacijo. Med funkcionalnosti družine mikrokontrolerjev PIC24FJ128GA310 štejemo tudi številne nove načine delovanja z nizko porabo in krmiljenje LCD zaslona, kot je prikazano v naslednjih primerih.
Termostati postajajo vse bolj kompleksni, saj naj bi prikazali vse več informacij in zajemali večje območje. Kot rezultat teh zahtev so pogosto potrebne velike količine vgrajenega pomnilnika, Flash pomnilnika za shranjevanje programa in zapletene strukture menijev v več jezikih.
Na splošno so za proizvodnjo mikrokontrolerjev z velikimi pomnilniki po konkurenčnih cenah potrebni zahtevnejši procesi. Medtem, ko postajajo sodobni procesi izdelave polprevodnikov vse bolj zapleteni, kar naj bi vplivalo tudi na zmanjšanje toka med aktivnim delovanjem, se to na drugi strani, žal, odraža tudi na povečanju toka uhajanja skozi tranzistor. Povečanje tega toka je najbolj opazna v specifikacijah glede porabe toka v načinih z nizko porabo, na primer v načinu spanja. Tokovi v načinu spanja se pri naprednih mikrokontrolerjih običajno gibljejo v območju 3 do 5 µA, medtem ko je tipična poraba pri termostatu nekaj malega več kot je potrebna za sam prikaz na segmentnem LCD zaslonu, za kar porabi večino časa. Segmentni LCD zaslon je običajno krmiljen prav v stanju mirovanja, ki periferiji (v tem primeru LCD gonilniku) omogoča delovanje, medtem ko je mikrokontroler in večina ostale periferije izklopljena. Termostat se bo redno prebujal in začel z delovanjem v aktivnem načinu – prebral bo temperaturo, posodobil prikaz in morda ukazal peči, ventilatorju ali AC enoti naj se vklopijo ali izklopijo. Ker se 99 % časa zahteva le način delovanja v mirovanju, je prav zahtevani tok v stanju mirovanja tisti najpomembnejši element, ki lahko znatno vpliva na podaljšanje delovanja baterijsko napajanega sistema.
Napredni mikrokontrolerji ponujajo aplikacijam prednost nizke porabe
Microchip Technology Inc
2014_SE216_29
