Pertimbangan desain sirkuit untuk sistem tertanam

Sistem tertanam dirancang untuk beroperasi hanya untuk tujuan tertentu dan dioptimalkan untuk memenuhi parameter yang berbeda seperti daya, kinerja, biaya, dan waktu. Merancang sistem tertanam penuh dengan tantangan karena proses desain desain tertanam mencakup berbagai kegiatan optimasi dengan persyaratan spesifikasi yang berbeda untuk kondisi yang berbeda.

Desain sirkuit perangkat elektronik konsumen seperti ponsel, laptop, dan perangkat lainnya perlu dibuat sedemikian rupa sehingga dapat menahan benturan, jatuh, atau terendam air tanpa kehilangan kemampuan operasionalnya.

Mengembangkan sirkuit sistem tertanam melewati langkah-langkah yang berbeda dan perancang harus mengakui persyaratan ini sebelum memulai proses desain. Mengabaikan satu langkah dapat menyebabkan pengembangan yang salah dari sistem tertanam, yang dapat menyebabkan kegagalan perangkat yang dapat menghabiskan banyak biaya setelah fase desain akhir. TronicsZone , sebuah perusahaan yang berspesialisasi dalam bidang ini merekomendasikan praktik berikut untuk memastikan keberhasilan & mengurangi risiko.

Sebelum mulai mengerjakan desain sirkuit sistem tertanam, penting untuk mengetahui dua parameter ini:

1. Ketahui anggaran daya yang tersedia : Memahami anggaran daya lengkap untuk merancang sistem tertanam akan membantu Anda memilih komponen/chip yang tepat dan faktor lain yang diperlukan.
2. Mengukur konsumsi daya keseluruhan: Konsumsi daya keseluruhan sirkuit dapat disimpulkan dengan bantuan diagram blok saat merancang sistem tertanam. Penggunaan diagram blok akan membantu perancang untuk mengenali komponen utama rangkaian dan batas konsumsi dayanya. Buat catatan aplikasi dan lembar data khusus untuk mendapatkan informasi tentang perangkat ini.

Faktor-faktor yang disebutkan di atas akan membantu perancang sirkuit sistem tertanam untuk membangun desain sirkuit tertanam tingkat tinggi untuk mencapai konsumsi daya yang lebih sedikit dan kinerja tinggi plus efisiensi. Ini juga akan membantu insinyur untuk memahami persyaratan yang tepat dari chip/komponen dan parameter penting lainnya dalam fase desain awal sistem tertanam. Untuk merancang sistem tertanam yang efektif, berikut adalah daftar beberapa pertimbangan desain sirkuit yang berguna yang dapat digunakan oleh perancang untuk merancang papan sistem tertanam.

Menjaga pemeriksaan tegangan operasi sirkuit secara keseluruhan

Penting untuk mempertahankan tegangan operasi yang rendah untuk keseluruhan papan sirkuit karena konsumsi daya terkait dengan tegangan operasi. Semakin tinggi level tegangan rangkaian, semakin tinggi konsumsi daya, jadi disarankan untuk menjaga level tegangan serendah mungkin. Misalnya, jika setiap chip dalam rangkaian dapat menarik tingkat tegangan hingga 2,7V, maka perancang dapat mempertimbangkan untuk menetapkan margin kecil ke tingkat tegangan tertentu untuk papan desain rangkaian lengkap.

Di sisi lain, jika ada opsi hemat daya yang sesuai di sirkuit, maka perancang dapat dengan mudah memenuhi persyaratan lebih dari satu rel daya, yang dibutuhkan oleh papan sistem tertanam, namun, beberapa peralatan tambahan seperti terjemahan digital chip dan konverter DC-DC akan diperlukan untuk menyelesaikan desain papan.

Mempertahankan tegangan operasi perangkat yang haus energi

Pengoperasian perangkat elektronik yang haus energi harus diatur pada tegangan rendah karena akan membantu meminimalkan konsumsi daya. Untuk mencapai langkah ini, beberapa perangkat tambahan seperti konverter LDO/DC-DC dan penerjemah tegangan eksternal akan diperlukan untuk membuat antarmuka dengan peralatan/komponen yang berbeda di sirkuit yang bekerja pada tingkat tegangan yang berbeda. Sebelum melakukan prosedur ini, pastikan untuk memeriksa biaya tambahan, tenaga, penghematan daya, dan waktu bangun yang diperlukan dalam desain sirkuit.

Memilih chip dan komponen yang tepat

Pemilihan komponen dan chip IC yang tepat sangat penting saat menyusun skema sistem tertanam karena mempengaruhi efisiensi dan kinerja perangkat. Penting juga untuk mempertimbangkan anggaran konsumsi daya yang lengkap karena konsumsi daya akan memiliki dampak yang lebih besar pada rangkaian. Jadi, perancang harus memilih IC dengan konsumsi daya tinggi/rendah tergantung pada desain rangkaian , apakah akan beroperasi pada tingkat tegangan tinggi/rendah. Seseorang juga harus mengetahui faktor penting lainnya ketika memilih komponen dan chip untuk sirkuit.

Penggunaan berbagai modul antarmuka

Desain sirkuit sistem tertanam mungkin memerlukan kebutuhan untuk menggunakan perangkat siap pakai lainnya seperti sensor, kamera, modul IoT (Bluetooth, WiFi, dll.), antarmuka komunikasi RS485/ RS232, dll. Penting untuk mempertimbangkan konsumsi daya perangkat antarmuka ini sebelum memilihnya. Untuk memilih jenis teknologi yang tepat dapat diukur secara ideal dengan membandingkan beberapa parameter seperti konsumsi daya aktif, waktu penyalaan, konsumsi daya ideal dari perangkat yang berbeda.

Misalnya, jika perancang ingin menggunakan RF untuk mentransfer data, maka ia perlu mempertimbangkan perangkat yang sesuai dari WiFi, BLE, ISM RF, Zigbee, dll yang akan memberikan pengalaman pengguna yang luar biasa dan mengkonsumsi lebih sedikit daya. Sebagian besar waktu pemilihan teknologi yang salah menyebabkan kesulitan dalam mengoptimalkan konsumsi daya dalam desain sirkuit . Oleh karena itu, penting untuk mempertimbangkan faktor-faktor ini juga.

Gerbang daya periferal

Dalam desain sirkuit elektronik , mekanisme pengontrolan daya dapat diintegrasikan untuk membuat perangkat OFF saat tidak digunakan. Sistem tertanam tertentu menggunakan modem komunikasi dan membiarkannya AKTIF sepanjang waktu dapat berdampak pada biaya dari segi konsumsi daya. Jadi, lebih baik menggunakan kontrol daya ON/OFF untuk mematikan perangkat saat tidak digunakan. Komponen lain seperti sensor, ADC, LCD, dll. harus dimatikan saat tidak digunakan karena akan membantu mengurangi konsumsi daya yang lebih tinggi di sirkuit.

Penggunaan catu daya yang tepat

Sangat penting untuk memilih tegangan input yang akurat yang akan beroperasi pada papan tertanam. Baik tegangan input dikirim oleh adaptor catu daya atau baterai; itu perlu diukur dengan benar. Jika setiap komponen pada papan sirkuit dioperasikan pada 3.3V atau 5V, maka lebih baik menggunakan input daya 6V daripada menggunakan baterai 12/24V atau input DC karena akan membantu mencegah hilangnya daya di sirkuit sebagai daya. kerugian secara langsung berhubungan dengan perbedaan tegangan.

Untuk konversi tegangan papan tertanam, perancang harus menggunakan switching konverter DC-DC daripada regulator linier. Regulator linier beroperasi sangat tidak efektif dalam konversi tegangan karena perangkat ini pada mode disipasi di mana daya setara dengan perbedaan tegangan dan arus yang dihamburkan dalam bentuk panas.

penempatan LED

Penempatan LED pada papan tertanam sebagian besar dapat mempengaruhi konsumsi daya dari desain sirkuit . Satu LED dapat mengkonsumsi hingga 1-5mA di sirkuit. Jadi, jika ada kebutuhan untuk menggunakan LED di papan, maka perancang harus mencoba mengurangi LED. Akan lebih baik jika LED benar-benar dilepas jika memungkinkan.

Jika tidak, perancang harus mencoba meminimalkan kecerahan LED dengan bantuan resistansi bernilai tinggi. Insinyur dapat mengatur LED untuk berkedip saja daripada membuatnya bersinar untuk waktu penuh atau membiarkannya OFF sampai pengguna perlu berkomunikasi dengan perangkat. Pendekatan semacam itu akan membantu mengurangi konsumsi daya di sirkuit secara keseluruhan.

Pemilihan tampilan yang tepat

Saat memilih tampilan untuk papan tertanam, seorang insinyur memiliki beberapa opsi untuk dipilih seperti Tampilan Kertas, tampilan 7 Segmen, OLED, LCD Grafis Mono, LCD Karakter, LCD Kaca, dll. Karena tampilan mengkonsumsi lebih dari 50% hingga 60% konsumsi daya keseluruhan, sehingga perancang harus memilih tampilan dengan hati-hati, dengan mengingat anggaran konsumsi daya keseluruhan yang diberikan oleh seluruh sirkuit.

Jika memang wajib menggunakan layar dengan tingkat konsumsi daya yang tinggi, maka perancang harus menerapkan teknik lain seperti tampilan penuh, gerbang daya lampu latar, ukuran layar, pilihan skema warna, seperti mode skala abu-abu atau gelap, yang dapat membantu dalam meminimalkan konsumsi daya secara drastis.

Penggunaan resistor pull-up

Menggunakan resistor pull-up dengan nilai optimal dapat membantu mengurangi konsumsi daya di sirkuit. Resistor pull-up sebagian besar digunakan untuk kunci, I2C, dll. Setiap resistor pull-up dapat membantu menghemat hingga beberapa miliampere. Jadi, penggunaan pull-up dapat sangat membantu dalam penghematan daya. Misalnya resistor pull-up nilai 1K akan mengalirkan hingga 3.3mA dari pada pull-up nilai 10K, yang akan menguras 330uA saat beroperasi di 3.3V.

Penggunaan mikrokontroler (MCU)

Pemilihan mikrokontroler yang tepat penting untuk desain rangkaian sistem tertanam. Tergantung pada jenis sirkuit, pemilihan mikrokontroler yang mengkonsumsi daya tinggi/rendah dapat bervariasi. Memilih mikrokontroler yang mengonsumsi daya rendah sangat penting jika konsumsi daya MCU 20% lebih besar daripada konsumsi daya board sistem tertanam.

Jadi, berusaha lebih keras dalam memilih MCU yang paling hemat daya tidak akan berdampak banyak pada sirkuit. Penting untuk memperhatikan faktor-faktor lain yang dapat membantu dalam konsumsi daya yang rendah seperti gerbang daya periferal, menyetel level input pin floating point ke status tinggi atau rendah tertentu, mengoptimalkan strategi aliran kode, dll.

Punya pemikiran tentang ini? Beri tahu kami di bawah di komentar atau bawa diskusi ke Twitter atau Facebook kami.

Rekomendasi Editor:

• Bagaimana papan sirkuit tercetak 3D akan sesuai dengan aslinya?
• Pena ini menggambar sirkuit yang mampu menghantarkan listrik
• Berikut adalah mainan STEM terbaik di pasaran saat ini
• 7 hal yang dapat kita pelajari dari manajemen armada tangguh yang membantu Amazon