Consideraciones de diseño de circuitos para sistemas integrados

Los sistemas integrados están diseñados para operar solo con propósitos específicos y están optimizados para cumplir con diferentes parámetros como potencia, rendimiento, costo y tiempo. El diseño de los sistemas integrados está lleno de desafíos, ya que el proceso de diseño del diseño integrado incluye varias actividades de optimización con el requisito de diferentes especificaciones para diferentes condiciones.

El diseño del circuito de los dispositivos electrónicos de consumo, como teléfonos móviles, computadoras portátiles y más dispositivos, debe construirse de manera que puedan soportar golpes, caídas o sumergirse en el agua sin perder su capacidad operativa.

El desarrollo de los circuitos de los sistemas integrados pasa por diferentes pasos y el diseñador debe reconocer estos requisitos antes de iniciar el proceso de diseño. Ignorar cualquier paso puede conducir al desarrollo incorrecto del sistema integrado, lo que puede conducir a la falla del dispositivo que puede generar gastos considerables después de la fase de diseño final. TronicsZone , una empresa especializada en esta área, recomienda las siguientes prácticas para garantizar el éxito y reducir los riesgos.

Antes de empezar a trabajar en el diseño de circuitos de los sistemas embebidos, es importante conocer estos dos parámetros:

1. Reconocer el presupuesto de energía disponible : comprender el presupuesto de energía completo para diseñar el sistema integrado lo ayudará a seleccionar los componentes/chips correctos y otros factores necesarios.
2. Medición del consumo de energía total: el consumo de energía total de los circuitos se puede deducir con la ayuda de un diagrama de bloques al diseñar el sistema integrado. El uso de un diagrama de bloques ayudará al diseñador a reconocer los componentes principales del circuito y sus límites de consumo de energía. Cree notas de aplicación y hojas de datos dedicadas para obtener esta información sobre los dispositivos.

Los factores mencionados anteriormente ayudarán al diseñador de circuitos del sistema integrado a construir un diseño de circuito integrado de alto nivel para lograr un menor consumo de energía y un alto rendimiento más la eficiencia. También ayudará al ingeniero a comprender los requisitos correctos de los chips/componentes y otros parámetros importantes en la fase inicial de diseño del sistema integrado. Para diseñar un sistema integrado efectivo, la siguiente es una lista de algunas consideraciones de diseño de circuitos útiles que el diseñador puede utilizar para diseñar las placas del sistema integrado.

Controlar la tensión de funcionamiento general del circuito

Es importante mantener un voltaje operativo bajo para la placa de circuito en general porque el consumo de energía está relacionado con el voltaje operativo. Cuanto mayor sea el nivel de voltaje del circuito, mayor será el consumo de energía, por lo que se recomienda mantener el nivel de voltaje lo más bajo posible. Por ejemplo, si cada chip en el circuito puede elevar el nivel de voltaje hasta 2,7 V, entonces el diseñador puede considerar establecer un pequeño margen para el nivel de voltaje particular para la placa de diseño de circuito completo.

Por otro lado, si hay una opción de ahorro de energía adecuada en el circuito, entonces el diseñador puede cumplir fácilmente con el requisito de más de un riel de alimentación, que es necesario para la placa del sistema integrado, sin embargo, algunos equipos adicionales como la traducción digital Se necesitarán chips y un convertidor CC-CC para completar el diseño de la placa.

Mantenimiento de la tensión de funcionamiento de los dispositivos que consumen mucha energía

El funcionamiento de los dispositivos electrónicos que consumen mucha energía debe regularse a bajo voltaje, ya que ayudará a minimizar el consumo de energía. Para lograr este paso, se requerirán algunos dispositivos adicionales como el convertidor LDO/DC-DC y el traductor de voltaje externo para realizar la interfaz con diferentes equipos/componentes en el circuito que funcionan a niveles de voltaje dispares. Antes de realizar este procedimiento, asegúrese de verificar el costo adicional, el esfuerzo, el ahorro de energía y el tiempo de activación que se requerirán en el diseño del circuito.

Elegir los chips y componentes correctos

La selección de los componentes correctos y los chips IC es muy importante al redactar un esquema del sistema integrado, ya que afecta la eficiencia y el rendimiento del dispositivo. También es necesario considerar el presupuesto completo de consumo de energía ya que el consumo de energía tendrá un mayor impacto en el circuito. Por lo tanto, el diseñador debe elegir circuitos integrados con un consumo de energía alto o bajo según el diseño del circuito , ya sea que funcione a un nivel de voltaje alto o bajo. También se deben reconocer otros factores importantes al elegir los componentes y chips para el circuito.

Uso de varios módulos de interfaz

El diseño del circuito del sistema integrado puede requerir la necesidad de utilizar otros dispositivos listos para usar, como sensores, cámaras, módulos IoT (Bluetooth, WiFi, etc.), interfaces de comunicación RS485/ RS232, etc. Es importante tener en cuenta el consumo de energía. de estos dispositivos de interfaz antes de seleccionarlos. Para elegir el tipo correcto de tecnología, se puede medir idealmente comparando varios parámetros como el consumo de energía activa, el tiempo de encendido, el consumo de energía ideal de diferentes dispositivos.

Por ejemplo, si el diseñador desea usar RF para transferir datos, debe considerar el dispositivo adecuado de WiFi, BLE, ISM RF, Zigbee, etc., que brindará una excelente experiencia de usuario y consumirá menos energía. La mayoría de las veces, la selección de una tecnología incorrecta genera dificultades para optimizar el consumo de energía en el diseño del circuito . Por lo tanto, es importante tener en cuenta estos factores también.

Puerta de alimentación periférica

En el diseño de circuitos electrónicos , el mecanismo de control de energía se puede integrar para apagar el dispositivo cuando no se está utilizando. Ciertos sistemas integrados usan módems de comunicación y mantenerlos ENCENDIDOS todo el tiempo podría afectar el gasto desde el punto de vista del consumo de energía. Por lo tanto, es mejor usar el control de encendido/apagado para apagar el dispositivo cuando no está en uso. Otros componentes como sensores, ADC, LCD, etc. deben apagarse cuando no estén en uso, ya que ayudará a reducir el mayor consumo de energía en el circuito.

Uso de la fuente de alimentación adecuada

Es muy esencial elegir el voltaje de entrada preciso que operará en la placa integrada. El voltaje de entrada lo proporciona el adaptador de fuente de alimentación o la batería; necesita ser medido correctamente. Si todos los componentes de la placa de circuito funcionan a 3,3 V o 5 V, es mejor utilizar una entrada de alimentación de 6 V en lugar de utilizar una batería de 12/24 V o una entrada de CC, ya que ayudará a evitar la pérdida de alimentación en el circuito como fuente de alimentación. la pérdida está directamente relacionada con la diferencia de voltaje.

Para la conversión de voltaje de la placa integrada, el diseñador debe utilizar un convertidor DC-DC de conmutación en lugar de un regulador lineal. Los reguladores lineales funcionan de manera muy ineficaz en la conversión de voltaje, ya que estos dispositivos están en el modo de disipación en el que la potencia es equivalente a la diferencia en el voltaje y la corriente disipada en forma de calor.

Colocación de LED

La ubicación de los LED en la placa integrada puede afectar en gran medida el consumo de energía del diseño del circuito . Un solo LED puede consumir hasta 1-5 mA en el circuito. Por lo tanto, si es necesario utilizar LED a bordo, el diseñador debe intentar reducir los LED. Será mejor si los LED se eliminan por completo si es posible.

De lo contrario, el diseñador debe intentar minimizar el brillo de los LED con la ayuda de una resistencia de alto valor. El ingeniero puede configurar los LED para que parpadeen solo en lugar de hacerlos brillar todo el tiempo o mantenerlos APAGADOS hasta que el usuario necesite comunicarse con el dispositivo. Dichos enfoques ayudarán a reducir el consumo de energía en el circuito general.

Selección de pantalla derecha

Al seleccionar la pantalla para la placa integrada, un ingeniero tiene varias opciones, como pantalla de papel, pantalla de 7 segmentos, OLED, LCD monográfico, LCD de caracteres, LCD de vidrio, etc. Dado que la pantalla consume más del 50% al 60% del consumo total de energía, por lo que el diseñador debe elegir la pantalla con cuidado, teniendo en cuenta el presupuesto total de consumo de energía proporcionado por todo el circuito.

Si ciertamente es obligatorio usar la pantalla con una alta tasa de consumo de energía, entonces el diseñador debe implementar otras técnicas, como pantalla completa, control de potencia de retroiluminación, tamaño de pantalla, elección de esquema de color, como el modo de escala gris u oscuro, que puede ayudar. en minimizar el consumo de energía drásticamente.

Uso de resistencias pull-up

El uso de resistencias pull-up de valores óptimos puede ayudar a reducir el consumo de energía en el circuito. Las resistencias pull-up se utilizan principalmente para llaves, I2C, etc. Cada resistencia pull-up puede ayudar a ahorrar hasta unos pocos miliamperios. Por lo tanto, el uso de pull-ups puede ayudar significativamente a ahorrar energía. Por ejemplo, la resistencia pull-up de valor 1K consumirá hasta 3,3 mA que la resistencia pull-up de valor 10K, que consumirá 330 uA cuando funcione a 3,3 V.

Uso de microcontrolador (MCU)

La selección del microcontrolador adecuado es importante para el diseño del circuito de los sistemas integrados. Dependiendo del tipo de circuito, la selección de microcontrolador de alto/bajo consumo de energía puede variar. Seleccionar el microcontrolador de bajo consumo de energía es fundamental si el consumo de energía de la MCU es un 20 % mayor que el consumo de energía de la placa del sistema integrada.

Por lo tanto, esforzarse más en elegir la MCU de menor consumo de energía no tendrá mucho impacto en el circuito. Es importante prestar atención a otros factores que pueden ayudar a reducir el consumo de energía, como la activación de energía de los periféricos, establecer el nivel de entrada de los pines de punto flotante en un estado definido alto o bajo, optimizar las estrategias de flujo de código, etc.

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