임베디드 시스템을 위한 회로 설계 고려 사항

게시 됨: 2020-10-21

임베디드 시스템은 특정 목적으로만 작동하도록 설계되었으며 전력, 성능, 비용 및 타이밍과 같은 다양한 매개변수를 충족하도록 최적화되어 있습니다. 임베디드 시스템을 설계하는 것은 다양한 조건에 대해 서로 다른 사양을 요구하는 다양한 최적화 활동을 포함하는 임베디드 설계의 설계 프로세스로 가득 차 있습니다.

휴대 전화, 랩톱 및 기타 장치와 같은 소비자 전자 장치 의 회로 설계는 작동 능력을 잃지 않고 노크, 낙하 또는 물에 잠길 수 있는 방식으로 구축되어야 합니다.

임베디드 시스템 의 회로 개발은 여러 단계를 거치며 설계자는 설계 프로세스를 시작하기 전에 이러한 요구 사항을 인정해야 합니다. 어느 한 단계라도 무시하면 임베디드 시스템의 잘못된 개발로 이어질 수 있으며, 이는 최종 설계 단계 이후에 막대한 비용이 들 수 있는 장치의 고장으로 이어질 수 있습니다. 이 분야를 전문으로 하는 TronicsZone 은 성공을 보장하고 위험을 줄이기 위해 다음과 같은 관행을 권장합니다.

임베디드 시스템 의 회로 설계 작업을 시작하기 전에 다음 두 매개변수를 아는 것이 중요합니다.

  1. 수중 전력 예산 확인 : 임베디드 시스템 설계를 위한 전체 전력 예산을 이해하면 올바른 구성 요소/칩 및 기타 필요한 요소를 선택하는 데 도움이 됩니다.
  2. 전체 전력 소비 측정: 회로의 전체 전력 소비는 임베디드 시스템을 설계할 때 블록 다이어그램을 사용하여 추론할 수 있습니다. 블록 다이어그램을 사용하면 설계자가 회로의 주요 구성 요소와 전력 소비 제한을 인식하는 데 도움이 됩니다. 장치에 대한 이 정보를 얻으려면 전용 애플리케이션 노트와 데이터시트를 만드십시오.

위에서 언급한 요소는 임베디드 시스템 회로 설계자가 높은 수준의 임베디드 회로 설계를 구축하여 전력 소비를 줄이고 고성능과 효율성을 달성하는 데 도움이 됩니다. 또한 엔지니어가 임베디드 시스템의 초기 설계 단계에서 칩/구성 요소 및 기타 중요한 매개변수의 올바른 요구 사항을 이해하는 데 도움이 됩니다. 효과적인 임베디드 시스템을 설계하기 위해 다음은 임베디드 시스템 보드를 설계하기 위해 설계자가 사용할 수 있는 몇 가지 유용한 회로 설계 고려 사항의 목록입니다.

전체 회로 작동 전압 확인

소비 전력은 동작 전압과 관련이 있기 때문에 전체 회로 기판에 대해 낮은 동작 전압을 유지하는 것이 중요합니다. 회로의 전압 레벨이 높을수록 소비 전력이 높아지므로 가능한 한 낮은 전압 레벨을 유지하는 것이 좋습니다. 예를 들어 회로의 모든 칩이 최대 2.7V의 전압 레벨을 끌어올 수 있는 경우 설계자는 전체 회로 설계 기판에 대해 특정 전압 레벨에 작은 마진을 설정하는 것을 고려할 수 있습니다.

반면에 회로에 적절한 절전 옵션이 있는 경우 설계자는 임베디드 시스템 보드에 필요한 하나 이상의 전원 레일 요구 사항을 쉽게 충족할 수 있지만 디지털 번역과 같은 일부 추가 장비는 보드 설계를 완료하려면 칩과 DC-DC 컨버터가 필요합니다.

에너지를 많이 사용하는 장치의 작동 전압 유지

에너지를 많이 사용하는 전자 장치의 작동은 전력 소비를 최소화하는 데 도움이 되므로 저전압으로 조절해야 합니다. 이 단계를 수행하려면 LDO/DC-DC 변환기 및 외부 전압 변환기와 같은 일부 추가 장치가 서로 다른 전압 수준에서 작동하는 회로의 다른 장비/구성 요소와 인터페이스해야 합니다. 이 절차를 진행하기 전에 회로 설계에 추가 비용, 노력, 절전 및 깨우기 시간이 필요함을 확인하십시오 .

올바른 칩 및 부품 선택

임베디드 시스템의 개략도를 작성할 때 올바른 구성 요소와 IC 칩을 선택하는 것은 장치의 효율성과 성능에 영향을 미치므로 매우 중요합니다. 또한 전력 소비가 회로에 더 큰 영향을 미치므로 전체 전력 소비 예산을 고려해야 합니다. 따라서 설계자는 회로 설계에 따라 고/저 전압 수준에서 동작할지 여부 에 따라 고/저전력 소모 IC를 선택해야 합니다 . 회로의 구성 요소와 칩을 선택할 때 다른 중요한 요소도 인정해야 합니다.

다양한 인터페이스 모듈 사용

임베디드 시스템의 회로 설계는 센서, 카메라, IoT 모듈(Bluetooth, WiFi 등), RS485/RS232 통신 인터페이스 등과 같은 기성 장치를 사용해야 할 수 있습니다. 전력 소비를 고려하는 것이 중요합니다. 선택하기 전에 이러한 인터페이스 장치의 올바른 유형의 기술을 선택하려면 유효 전력 소비, 전원 켜기 시간, 다양한 장치의 이상적인 전력 소비와 같은 여러 매개변수를 비교하여 이상적으로 측정할 수 있습니다.

예를 들어, 설계자가 데이터 전송을 위해 RF를 사용하려면 뛰어난 사용자 경험을 제공하고 전력을 덜 소모하는 WiFi, BLE, ISM RF, Zigbee 등의 적합한 장치를 고려해야 합니다. 대부분의 경우 잘못된 기술을 선택하면 회로 설계에서 전력 소비를 최적화하는 데 어려움이 있습니다. 따라서 이러한 요소도 고려하는 것이 중요합니다.

주변기기 전원 게이팅

전자 회로 설계 에서 전원을 제어하는 ​​메커니즘을 통합하여 사용하지 않을 때 장치를 끌 수 있습니다. 특정 임베디드 시스템은 통신 모뎀을 사용하며 항상 켜져 있는 상태로 유지하면 전력 소비 측면에서 비용에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 기기를 사용하지 않을 때 전원을 끄려면 ON/OFF 전원 제어를 사용하는 것이 좋습니다. 센서, ADC, LCD 등과 같은 다른 구성 요소도 사용하지 않을 때는 스위치를 꺼야 회로에서 더 높은 전력 소비를 줄이는 데 도움이 됩니다.

올바른 전원 사용

임베디드 보드에서 작동할 정확한 입력 전압을 선택하는 것이 매우 중요합니다. 입력 전압은 전원 어댑터 또는 배터리에 의해 전달됩니다. 정확하게 측정해야 합니다. 회로기판의 모든 부품이 3.3V 또는 5V에서 동작한다면 12/24V 배터리나 DC 입력을 사용하는 것보다 6V 전원 입력을 사용하는 것이 회로에서 전력 손실을 방지하는 데 도움이 되기 때문에 더 좋습니다. 손실은 전압차와 직접적인 관련이 있습니다.

임베디드 보드의 전압 변환을 위해 설계자는 선형 레귤레이터가 아닌 스위칭 DC-DC 컨버터를 사용해야 합니다. 선형 레귤레이터는 전력이 열의 형태로 소산되는 전압 및 전류의 차이와 동일한 소산 모드에서 이러한 장치와 같이 전압 변환에서 매우 비효율적으로 작동합니다.

LED 배치

임베디드 보드에 LED를 배치하는 것은 회로 설계의 전력 소비에 큰 영향을 미칠 수 있습니다 . 단일 LED는 회로에서 최대 1-5mA를 소비할 수 있습니다. 따라서 기판에 LED를 사용해야 하는 경우 설계자는 LED를 줄여야 합니다. 가능하면 LED를 완전히 제거하는 것이 좋습니다.

그렇지 않으면 설계자는 높은 값의 저항을 사용하여 LED의 밝기를 최소화해야 합니다. 엔지니어는 LED를 전체 시간 동안 빛나게 하거나 사용자가 장치와 통신해야 할 때까지 꺼진 상태로 유지하는 대신 깜박이기만 하도록 설정할 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 전체 회로에서 전력 소비를 줄이는 데 도움이 됩니다.

오른쪽 디스플레이 선택

임베디드 보드용 디스플레이를 선택할 때 엔지니어는 Paper Display, 7 Segment display, OLED, Mono Graphic LCD, Character LCD, Glass LCD 등과 같은 몇 가지 옵션을 선택할 수 있습니다. 디스플레이는 50%에서 60% 이상을 소비하기 때문에 따라서 설계자는 전체 회로에서 제공하는 전체 전력 소비 예산을 염두에 두고 디스플레이를 신중하게 선택해야 합니다.

전력 소비율이 높은 디스플레이를 반드시 사용해야 하는 경우 설계자는 전체 디스플레이, 백라이트 전력 게이팅, 디스플레이 크기, 그레이 또는 다크 스케일 모드와 같은 색 구성표 선택과 같은 다른 기술을 구현해야 합니다. 전력 소비를 획기적으로 최소화합니다.

풀업 저항 사용

최적 값의 풀업 저항을 사용하면 회로의 전력 소비를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 풀업 저항은 주로 키, I2C 등에 사용됩니다. 모든 풀업 저항은 최대 몇 밀리암페어를 절약하는 데 도움이 될 수 있습니다. 따라서 풀업을 사용하면 절전에 큰 도움이 됩니다. 예를 들어 값이 1K인 풀업 저항은 값이 10K인 풀업보다 최대 3.3mA를 소모하며, 이는 3.3V에서 작동할 때 330uA를 소모합니다.

마이크로컨트롤러(MCU) 사용

임베디드 시스템 의 회로 설계를 위해서는 올바른 마이크로컨트롤러를 선택하는 것이 중요 합니다. 회로 유형에 따라 고/저전력 소비 마이크로컨트롤러의 선택이 달라질 수 있습니다. MCU의 전력 소비가 임베디드 시스템 보드의 전력 소비보다 20% 더 큰 경우 저전력 소비 마이크로컨트롤러를 선택하는 것이 중요합니다.

따라서 전력 소모가 가장 낮은 MCU를 선택하는 데 더 많은 노력을 기울인다고 해서 회로에 큰 영향을 주지는 않을 것입니다. 주변 장치의 전력 게이팅, 부동 소수점 핀의 입력 레벨을 명확한 높음 또는 낮음 상태로 설정, 코드 흐름 전략 최적화 등과 같이 저전력 소비에 도움이 될 수 있는 다른 요소에 주의를 기울이는 것이 중요합니다.

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