Considerații de proiectare a circuitelor pentru sistemele încorporate

Sistemele încorporate sunt proiectate să funcționeze numai în scopuri specifice și sunt optimizate pentru a îndeplini diferiți parametri cum ar fi puterea, performanța, costul și timpul. Proiectarea sistemelor încorporate este plină de provocări, deoarece procesul de proiectare al designului încorporat include diverse activități de optimizare cu cerințele diferitelor specificații pentru diferite condiții.

Proiectarea circuitelor dispozitivelor electronice de larg consum, cum ar fi telefoanele mobile, laptopurile și mai multe dispozitive, trebuie construită astfel încât să reziste la lovituri, căderi sau scufundate în apă fără a-și pierde capacitatea de funcționare.

Dezvoltarea circuitelor sistemelor încorporate trece prin diferiți pași, iar proiectantul ar trebui să recunoască aceste cerințe înainte de a iniția procesul de proiectare. Ignorarea oricărui pas poate duce la dezvoltarea greșită a sistemului încorporat, ceea ce poate duce la defecțiunea dispozitivului care poate costa cheltuieli mari după faza finală de proiectare. TronicsZone , o companie specializată în acest domeniu, recomandă următoarele practici pentru a asigura succesul și reducerea riscurilor.

Înainte de a începe să lucrați la proiectarea circuitelor sistemelor încorporate, este important să cunoașteți acești doi parametri:

1. Recunoașteți bugetul de putere la îndemână : înțelegerea bugetului complet de putere pentru proiectarea sistemului încorporat vă va ajuta să selectați componentele/cipurile potrivite și alți factori necesari.
2. Măsurarea consumului total de energie: Consumul total de energie al circuitelor poate fi dedus cu ajutorul unei scheme bloc la proiectarea sistemului încorporat. Utilizarea unei diagrame bloc va ajuta proiectantul să recunoască componentele majore ale circuitului și limitele lor de consum de energie. Faceți note dedicate aplicației și fișe de date pentru a obține aceste informații despre dispozitive.

Factorii menționați mai sus îl vor ajuta pe proiectantul de circuit al sistemului încorporat să construiască un design de circuit încorporat de nivel înalt pentru a obține un consum mai mic de energie și performanță ridicată plus eficiență. De asemenea, va ajuta inginerul să înțeleagă cerințele corecte ale cipurilor/componentelor și alți parametri importanți în faza timpurie de proiectare a sistemului încorporat. Pentru a proiecta un sistem încorporat eficient, următoarea este lista unor considerente utile de proiectare a circuitelor care pot fi utilizate de proiectant pentru proiectarea plăcilor de sistem încorporate.

Verificarea tensiunii generale de funcționare a circuitului

Este important să se mențină o tensiune de funcționare scăzută pentru întreaga placă de circuit, deoarece consumul de energie este legat de tensiunea de funcționare. Cu cât nivelul de tensiune al circuitului este mai mare, cu atât este mai mare consumul de energie, de aceea este recomandat să mențineți nivelul de tensiune cât mai scăzut posibil. De exemplu, dacă fiecare cip din circuit poate atrage nivelul de tensiune până la 2,7 V, atunci proiectantul poate lua în considerare setarea unei marje mici la nivelul de tensiune particular pentru placa de proiectare a circuitului complet.

Pe de altă parte, dacă există o opțiune adecvată de economisire a energiei pe circuite, atunci proiectantul poate îndeplini cu ușurință cerințele de mai mult de o șină de alimentare, care este necesară pentru placa de sistem încorporată, cu toate acestea, unele echipamente suplimentare, cum ar fi traducerea digitală cipurile și un convertor DC-DC vor fi necesare pentru a finaliza designul plăcii.

Menținerea tensiunii de funcționare a dispozitivelor consumatoare de energie

Funcționarea dispozitivelor electronice care consumă energie ar trebui să fie reglată la tensiune joasă, deoarece va ajuta la minimizarea consumului de energie. Pentru a realiza acest pas, unele dispozitive suplimentare, cum ar fi convertorul LDO/DC-DC și translatorul de tensiune extern, vor fi necesare pentru a face interfața cu diferite echipamente/componente din circuite care funcționează la niveluri de tensiune diferite. Înainte de a începe această procedură, asigurați-vă că verificați costul suplimentar, efortul, economisirea energiei și timpul de trezire vor fi necesare în proiectarea circuitului.

Alegerea cipurilor și componentelor potrivite

Selectarea componentelor potrivite și a cipurilor IC este foarte importantă atunci când se elaborează o schemă a sistemului încorporat, deoarece afectează eficiența și performanța dispozitivului. De asemenea, este necesar să se ia în considerare bugetul complet de consum de energie deoarece consumul de energie va avea un impact mai mare asupra circuitului. Așadar, proiectantul trebuie să aleagă circuite integrate cu consum mare/scăzut de energie, în funcție de designul circuitului , dacă va funcționa la un nivel de tensiune înaltă/joasă. De asemenea, ar trebui să recunoașteți alți factori importanți atunci când alegeți componentele și cipurile pentru circuite.

Utilizarea diferitelor module de interfață

Proiectarea circuitului sistemului încorporat poate necesita utilizarea altor dispozitive gata făcute, cum ar fi senzori, camere, module IoT (Bluetooth, WiFi etc.), interfețe de comunicație RS485/RS232 etc. Este important să se ia în considerare consumul de energie. dintre aceste dispozitive de interfață înainte de a le selecta. Alegerea tipului potrivit de tehnologie poate fi măsurată în mod ideal prin compararea mai multor parametri, cum ar fi consumul de energie activă, timpul de pornire, consumul ideal de energie al diferitelor dispozitive.

De exemplu, dacă designerul dorește să folosească RF pentru transferul de date, atunci el/ea trebuie să ia în considerare dispozitivul potrivit de la WiFi, BLE, ISM RF, Zigbee etc., care va oferi o experiență excelentă pentru utilizator și va consuma mai puțină energie. De cele mai multe ori, selectarea unei tehnologii incorecte duce la dificultăți în optimizarea consumului de energie în proiectarea circuitului . Prin urmare, este important să luăm în considerare și acești factori.

Gateing periferic pentru putere

În proiectarea circuitelor electronice , mecanismul de control al puterii poate fi integrat pentru a opri dispozitivul atunci când nu este utilizat. Anumite sisteme încorporate folosesc modemuri de comunicație și menținerea acestora pe tot parcursul timpului ar putea afecta cheltuielile din punctul de vedere al consumului de energie. Deci, este mai bine să utilizați controlul ON/OFF pentru a opri alimentarea dispozitivului atunci când nu este în uz. Alte componente, cum ar fi senzorii, ADC, LCD etc., ar trebui să fie oprite atunci când nu sunt utilizate, deoarece vor ajuta la reducerea consumului mai mare de energie în circuite.

Utilizarea sursei de alimentare corecte

Este foarte esențial să alegeți tensiunea de intrare precisă care va funcționa pe placa încorporată. Fie tensiunea de intrare este furnizată de adaptorul de alimentare sau de baterie; trebuie măsurat corect. Dacă fiecare componentă de pe placa de circuit funcționează la 3,3 V sau 5 V, atunci este mai bine să utilizați o intrare de alimentare de 6 V, mai degrabă decât să utilizați o baterie de 12/24 V sau o intrare DC, deoarece va ajuta la prevenirea pierderii de putere în circuite ca putere. pierderea este direct legată de diferența de tensiune.

Pentru conversia de tensiune a plăcii încorporate, proiectantul ar trebui să folosească comutatorul DC-DC mai degrabă decât un regulator liniar. Regulatoarele liniare funcționează foarte ineficiente în conversia tensiunii, deoarece aceste dispozitive sunt în modul de disipare în care puterea este echivalentă cu diferența de tensiune și curent disipat sub formă de căldură.

Amplasarea LED-urilor

Amplasarea LED-urilor pe placa încorporată poate afecta în mare măsură consumul de energie al designului circuitului . Un singur LED poate consuma până la 1-5mA în circuit. Deci, dacă este nevoie de utilizarea LED-urilor la bord, atunci designerul ar trebui să încerce să reducă LED-urile. Va fi mai bine dacă LED-urile sunt îndepărtate complet dacă este posibil.

În caz contrar, proiectantul trebuie să încerce să minimizeze luminozitatea LED-urilor cu ajutorul rezistenței de mare valoare. Fie inginerul poate seta LED-urile să clipească doar, mai degrabă decât să le facă să strălucească timp întreagă sau să le țină OPRIT până când utilizatorul solicită comunicarea cu dispozitivul. Astfel de abordări vor ajuta la reducerea consumului de energie în circuitul general.

Selectarea afișajului din dreapta

Atunci când selectează afișajul pentru placa încorporată, un inginer are mai multe opțiuni de preferat, cum ar fi afișajul cu hârtie, afișajul cu 7 segmente, OLED, LCD monografic, LCD cu caractere, LCD din sticlă etc. Deoarece afișajul consumă între 50% și 60% a consumului total de energie, astfel încât proiectantul trebuie să aleagă cu atenție afișajul, ținând cont de bugetul total de consum de energie furnizat de întregul circuit.

Dacă este cu siguranță obligatorie să folosiți afișajul cu o rată de consum mare de energie, atunci proiectantul ar trebui să implementeze alte tehnici, cum ar fi afișajul complet, puterea de iluminare de fundal, dimensiunea afișajului, alegerea schemei de culori, cum ar fi modul de scară gri sau întunecat, care poate ajuta în reducerea drastică a consumului de energie.

Utilizarea rezistențelor de tragere

Utilizarea rezistențelor de tragere de valori optime poate ajuta la reducerea consumului de energie în circuite. Rezistoarele pull-up sunt utilizate în principal pentru chei, I2C etc. Fiecare rezistor pull-up poate ajuta la economisirea de până la câțiva miliamperi. Deci, utilizarea tracțiunilor poate ajuta semnificativ la economisirea energiei. De exemplu, rezistența de tragere cu valoarea 1K se va scurge cu până la 3,3mA decât tragerea cu valoarea 10K, care va consuma 330uA când funcționează la 3,3V.

Utilizarea microcontrolerului (MCU)

Selectarea microcontrolerului potrivit este importantă pentru proiectarea circuitelor sistemelor încorporate. În funcție de tipul de circuit, selecția microcontrolerului cu consum mare/scăzut de energie poate varia. Selectarea microcontrolerului cu consum redus de energie este critică dacă consumul de energie al MCU este cu 20% mai mare decât consumul de energie al plăcii de sistem încorporate.

Deci, depunând mai mult efort în alegerea celui mai mic MCU consumator de energie, nu va avea un impact prea mare asupra circuitelor. Este important să țineți cont de alți factori care pot ajuta la consumul redus de energie, cum ar fi limitarea puterii perifericelor, setarea nivelului de intrare al pinilor cu virgulă mobilă la o stare definită ridicată sau scăzută, optimizarea strategiilor de flux de cod etc.

Ai vreo părere despre asta? Anunțați-ne mai jos în comentarii sau transmiteți discuția pe Twitter sau Facebook.

Recomandările editorilor:

• Cum se vor ridica plăcile de circuite imprimate 3D la lucrul real?
• Acest stilou desenează circuite capabile să conducă electricitatea
• Iată cele mai bune jucării STEM de pe piață astăzi
• 7 lucruri pe care le putem învăța din gestionarea robustă a flotei care ajută Amazon