Consejos para Minimizar el Consumo de Energía de Tu Sistema Integrado

August 26, 2019 Altium Designer

Two lights, one off with switch and one on shining

Durante años, siempre olvidaba apagar las luces y los ventiladores de mi casa. A pesar de haber negado inicialmente que el uso constante de estos aparatos aumentara significativamente mi consumo de electricidad, finalmente rompí mi mal hábito y comencé a apagar cada pequeño interruptor. Después de todo, ser más prudente con mi consumo de electricidad reduce mis facturas mensuales y promueve un planeta más verde.

Desafortunadamente, minimizar el consumo de energía del sistema en un sistema integrado requiere mucho más trabajo que apagar algunos interruptores. La estrategia de diseño correcta debe implementarse mucho antes de comenzar a dibujar el circuito. Y ya sea que tu dispositivo esté basado en energía solar o con baterías, cada detalle es importante cuando se trata de minimizar el consumo de energía del sistema de tu sistema integrado.

Planifica el Presupuesto de Energía del Dispositivo

Es natural sentirse entusiasmado con un nuevo proyecto. Pero en lugar de apresurarse para obtener el microcontrolador más potente disponible, debes comprender la naturaleza de la aplicación y descubrir cualquier restricción en el consumo de energía. Incluso si no estás diseñando un dispositivo de batería con energía solar, un diseño de ahorro de energía, en general, puede ser preferible si quieres estar al día con los competidores.

Para optimizar el presupuesto de energía de tu dispositivo, comienza poniendo un límite razonable en el consumo de energía de tu diseño y trabaja a partir de allí. Elige controladores y otros componentes que tengan funciones de ahorro de energía o simplemente consuman menos energía. Si eliges los componentes incorrectos, podría ser más difícil implementar medidas de ahorro de energía en la etapa de diseño.

Minimiza el Consumo de Energía en Tu Diseño

A los ingenieros de hardware y firmware se les exige implementar funciones de ahorro de energía eficientes en un diseño de sistema integrado. Aquí hay algunos consejos para minimizar en colaboración el consumo total de energía de tu diseño:

1. Usa Modo Sueño Profundo

En algunas aplicaciones exteriores, basadas en la energía solar, el uso de un potente microcontrolador para cumplir con las especificaciones dadas puede ser inevitable. Por ejemplo, una máquina expendedora de tickets para vehículos al aire libre debe emitir un ticket impreso o escanear una tarjeta de pago dentro de un período de tiempo corto, antes de almacenar los registros en su memoria no volátil.

Basado en estas funciones, un microcontrolador de 32 bits de alta gama se convierte en la mejor opción. Sin embargo, un potente microcontrolador también consume una corriente más alta cuando todos los periféricos están encendidos. Esto resulta en la necesidad de una batería de mayor capacidad si el microcontrolador está funcionando continuamente a plena potencia.

Una práctica para evitar que el microcontrolador obtenga la potencia máxima es ponerlo en modo de suspensión profunda cuando está inactivo. En el modo de sueño profundo, los microcontroladores a menudo consumen una pequeña fracción de la corriente máxima, a menudo en nano-amplificadores. Los ingenieros de firmware pueden usar interrupciones para activar el microcontrolador según sea necesario.

 

Man sleeping on a pillow

Usa el modo de sueño profundo para tu microcontrolador.

2. Usa el Regulador de Conmutación

A veces, se produce un desperdicio de energía innecesario en forma de calor. Esto es cierto cuando estás usando un regulador lineal en tu diseño. Para un dispositivo alimentado por energía solar, los circuitos de alimentación típicos requieren que el voltaje de la batería se reduzca. Naturalmente, un regulador de voltaje lineal es la solución más barata para esto.

Sin embargo, los reguladores lineales son conocidos por no ser eficientes, ya que disipan la diferencia entre los voltajes como calor. Cuando estás ejecutando el dispositivo con una batería, la disipación de calor hace que se extraiga corriente extra de la batería. Si este es el caso, puedes optar por usar un regulador de conmutación.

Si bien reguladores de conmutación y los componentes asociados aumentan el coste unitario general, esta es una táctica más efectiva que el uso de reguladores lineales. Menos disipación de calor significa una batería de mayor duración, que es útil en los casos en que el dispositivo tiene que funcionar sin luz solar. En aplicaciones sensibles a la potencia, cada milivatio ahorrado puede hacer una gran diferencia.

3. Apagar los Componentes No Utilizados

Poner el microcontrolador en modo de suspensión profunda es una técnica brillante para reducir el consumo total de energía. Pero otros componentes como los circuitos integrados lógicos (IC) o el IC de comunicación aún pueden drenar una corriente significativa incluso cuando el microcontrolador está en modo de suspensión profunda.

Este problema puede, afortunadamente, minimizarse. En lugar de tener un solo regulador de voltaje en la PCB, puedes usar dos reguladores para alimentar por separado el microcontrolador y los otros componentes. Este método permite que el microcontrolador apague la alimentación de otros componentes antes de ingresar al modo de suspensión profunda.

 

on-off switch flicked off

Cortar la energía a los componentes no utilizados.

Además, esto garantiza que el consumo de energía en el estado inactivo solo proviene del microcontrolador y la entrada necesaria para interrumpir el microcontrolador desde el modo suspensión profunda. Al usar el Altium Designer®’s PDN Analyzer™ , puedes asegurarte de que las pistas de energía sean suficientes y no propensas a causar una pérdida de energía adicional. Un fuerte software de diseño de PCB puede animar cada paso de tu diseño.

¿Necesitas más trucos para reducir el consumo de energía de tu dispositivo? Consulta a un experto en Altium.

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