Рекомендации по проектированию схем для встроенных систем

Опубликовано: 2020-10-21

Встроенные системы предназначены для работы только для определенных целей и оптимизированы для соответствия различным параметрам, таким как мощность, производительность, стоимость и время. Проектирование встроенных систем сопряжено с трудностями, поскольку процесс проектирования встроенных систем включает в себя различные действия по оптимизации с требованиями различных спецификаций для различных условий.

Схемотехника устройств бытовой электроники, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и другие устройства, должна быть построена таким образом, чтобы они могли выдерживать удары, падения или погружение в воду без потери своей работоспособности.

Разработка схем встроенных систем проходит через различные этапы, и разработчик должен учитывать эти требования, прежде чем начинать процесс проектирования. Игнорирование любого шага может привести к неправильной разработке встраиваемой системы, что может привести к выходу из строя устройства, что может стоить огромных затрат после этапа окончательного проектирования. TronicsZone , компания, специализирующаяся в этой области, рекомендует следующие методы для обеспечения успеха и снижения рисков.

Прежде чем приступить к работе над схемотехникой встраиваемых систем, важно знать эти два параметра:

Подтвердите доступный бюджет мощности : понимание полного бюджета мощности для проектирования встраиваемой системы поможет вам выбрать правильные компоненты/микросхемы и другие необходимые факторы.
Измерение общего энергопотребления . Общее энергопотребление схемы можно определить с помощью блок-схемы при проектировании встроенной системы. Использование блок-схемы поможет разработчику распознать основные компоненты схемы и пределы их потребляемой мощности. Создавайте специальные заметки по применению и таблицы данных, чтобы получить эту информацию об устройствах.

Вышеупомянутые факторы помогут разработчику схем встроенных систем построить высокоуровневую конструкцию встроенной схемы, чтобы добиться меньшего энергопотребления, высокой производительности и эффективности. Это также поможет инженеру понять правильные требования к микросхемам/компонентам и другим важным параметрам на ранней стадии проектирования встраиваемой системы. Чтобы спроектировать эффективную встроенную систему, ниже приведен список некоторых полезных соображений по проектированию схем, которые могут быть использованы разработчиком при проектировании встроенных системных плат.

Контроль общего рабочего напряжения цепи

Важно поддерживать низкое рабочее напряжение для всей печатной платы, поскольку потребляемая мощность связана с рабочим напряжением. Чем выше уровень напряжения в цепи, тем выше потребляемая мощность, поэтому рекомендуется поддерживать уровень напряжения как можно ниже. Например, если каждая микросхема в схеме может потреблять уровень напряжения до 2,7 В, то разработчик может рассмотреть возможность установки небольшого запаса для конкретного уровня напряжения для всей печатной платы.

С другой стороны, если на схеме есть подходящий вариант энергосбережения, то разработчик может легко выполнить требование более чем одной шины питания, которая необходима встроенной системной плате, однако некоторое дополнительное оборудование, такое как цифровая трансляция чипы и DC-DC преобразователь потребуются для завершения дизайна платы.

Поддержание рабочего напряжения энергоемких устройств

Работу энергоемких электронных устройств следует регулировать при низком напряжении, так как это поможет минимизировать энергопотребление. Для выполнения этого шага потребуются некоторые дополнительные устройства, такие как преобразователь LDO/DC-DC и внешний преобразователь напряжения, для взаимодействия с различным оборудованием/компонентами в схеме, которые работают при разных уровнях напряжения. Прежде чем приступить к этой процедуре, убедитесь, что при проектировании схемы потребуются дополнительные затраты, усилия, энергосбережение и время пробуждения .

Правильный выбор микросхем и компонентов

Выбор правильных компонентов и интегральных схем очень важен при составлении схемы встроенной системы, поскольку это влияет на эффективность и производительность устройства. Также необходимо учитывать полный бюджет энергопотребления, поскольку энергопотребление будет иметь большее влияние на схему. Таким образом, разработчик должен выбирать ИС с высоким/низким энергопотреблением в зависимости от схемы , будет ли она работать при высоком/низком уровне напряжения. Следует учитывать и другие важные факторы при выборе компонентов и микросхем для схемы.

Использование различных интерфейсных модулей

Схема встроенной системы может потребовать использования других готовых устройств, таких как датчики, камеры, модули IoT (Bluetooth, WiFi и т. д.), интерфейсы связи RS485/RS232 и т. д. Важно учитывать энергопотребление. этих интерфейсных устройств перед их выбором. Чтобы выбрать правильный тип технологии, можно идеально измерить, сравнив несколько параметров, таких как активное энергопотребление, время включения, идеальное энергопотребление различных устройств.

Например, если разработчик хочет использовать RF для передачи данных, то ему необходимо рассмотреть подходящее устройство из WiFi, BLE, ISM RF, Zigbee и т. д., которое обеспечит отличный пользовательский интерфейс и потребляет меньше энергии. В большинстве случаев выбор неправильной технологии приводит к затруднению оптимизации энергопотребления в схемотехнике . Поэтому важно учитывать и эти факторы.

Периферийное питание

В конструкции электронной схемы можно интегрировать механизм управления питанием, чтобы устройство выключилось, когда оно не используется. В некоторых встроенных системах используются коммуникационные модемы, и постоянное их включение может повлиять на расходы с точки зрения энергопотребления. Таким образом, лучше использовать управление питанием ВКЛ/ВЫКЛ, чтобы отключить питание устройства, когда оно не используется. Другие компоненты, такие как датчики, АЦП, ЖК-дисплей и т. д., следует выключать, когда они также не используются, поскольку это поможет снизить повышенное потребление энергии в схеме.

Использование правильного источника питания

Крайне важно выбрать точное входное напряжение, которое будет работать на встроенной плате. Либо входное напряжение подается от адаптера питания или аккумулятора; его нужно правильно измерить. Если каждый компонент на печатной плате работает при напряжении 3,3 В или 5 В, то лучше использовать вход питания 6 В, а не использовать батарею 12/24 В или вход постоянного тока, поскольку это поможет предотвратить потери мощности в схеме. потери напрямую связаны с разностью напряжений.

Для преобразования напряжения встроенной платы разработчику следует использовать импульсный преобразователь постоянного тока, а не линейный стабилизатор. Линейные регуляторы работают крайне неэффективно при преобразовании напряжения, так как эти устройства работают в режиме рассеяния, при котором мощность, эквивалентная разности напряжения и тока, рассеивается в виде тепла.

размещение светодиодов

Размещение светодиодов на встроенной плате может существенно повлиять на энергопотребление схемы . Один светодиод может потреблять до 1-5 мА в цепи. Таким образом, если есть необходимость в использовании светодиодов на плате, разработчик должен попытаться уменьшить количество светодиодов. Будет лучше, если светодиоды будут полностью удалены, если это возможно.

В противном случае разработчик должен попытаться минимизировать яркость светодиодов с помощью большого номинала сопротивления. Либо инженер может настроить светодиоды так, чтобы они только мигали, а не заставляли их светиться все время, или оставить их выключенными, пока пользователю не потребуется связь с устройством. Такие подходы помогут снизить энергопотребление в общей схеме.

Выбор правильного дисплея

При выборе дисплея для встроенной платы у инженера есть несколько вариантов, таких как бумажный дисплей, 7-сегментный дисплей, OLED, монографический ЖК-дисплей, символьный ЖК-дисплей, стеклянный ЖК-дисплей и т. д. Поскольку дисплей потребляет от 50% до 60% общего энергопотребления, поэтому разработчик должен тщательно выбирать дисплей, учитывая общий бюджет энергопотребления, обеспечиваемый всей схемой.

Если использование дисплея с высоким уровнем энергопотребления является обязательным, то разработчик должен реализовать другие методы, такие как полное отображение, стробирование мощности задней подсветки, размер дисплея, выбор цветовой схемы, например, режим серой или темной шкалы, которые могут помочь. резко снизить энергопотребление.

Использование подтягивающих резисторов

Использование подтягивающих резисторов оптимальных значений может помочь снизить энергопотребление в схеме. Подтягивающие резисторы в основном используются для ключей, I2C и т. д. Каждый подтягивающий резистор может помочь сэкономить до нескольких миллиампер. Так что использование подтягиваний может существенно помочь в экономии сил. Например, подтягивающий резистор со значением 1 кОм потребляет до 3,3 мА, чем подтягивающий резистор со значением 10 кОм, который потребляет 330 мкА при работе от 3,3 В.

Использование микроконтроллера (MCU)

Выбор правильного микроконтроллера важен для схемотехники встраиваемых систем. В зависимости от типа схемы выбор микроконтроллера с высоким/низким энергопотреблением может варьироваться. Выбор микроконтроллера с низким энергопотреблением имеет решающее значение, если энергопотребление микроконтроллера на 20 % превышает энергопотребление встроенной системной платы.

Таким образом, дополнительные усилия по выбору микроконтроллера с наименьшим энергопотреблением не окажут большого влияния на схему. Важно обратить внимание на другие факторы, которые могут помочь в низком энергопотреблении, такие как блокировка питания периферийных устройств, установка входного уровня выводов с плавающей запятой в определенное высокое или низкое состояние, оптимизация стратегий потока кода и т. д.

Есть какие-нибудь мысли по этому поводу? Дайте нам знать внизу в комментариях или перенесите обсуждение в наш Twitter или Facebook.