Gömülü sistemler için devre tasarımı konuları

Gömülü sistemler yalnızca belirli amaçlar için çalışmak üzere tasarlanmıştır ve güç, performans, maliyet ve zamanlama gibi farklı parametreleri yerine getirmek için optimize edilmiştir. Gömülü tasarımın tasarım süreci, farklı koşullar için farklı özelliklerin gerekliliği ile çeşitli optimizasyon faaliyetlerini içerdiğinden, gömülü sistemlerin tasarlanması zorluklarla doludur.

Cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar ve daha fazla cihaz gibi tüketici elektroniği cihazlarının devre tasarımının , operasyonel yeteneklerini kaybetmeden darbelere, düşmelere veya suya batmalarına dayanabilecek şekilde inşa edilmesi gerekir.

Gömülü sistemlerin devrelerini geliştirmek farklı adımlardan geçer ve tasarımcı, tasarım sürecini başlatmadan önce bu gereksinimleri kabul etmelidir. Herhangi bir adımı göz ardı etmek gömülü sistemin yanlış geliştirilmesine yol açabilir ve bu da nihai tasarım aşamasından sonra yüksek maliyetlere mal olabilecek cihazın arızalanmasına neden olabilir. Bu alanda uzmanlaşmış bir şirket olan TronicsZone , başarıyı sağlamak ve riskleri azaltmak için aşağıdaki uygulamaları önermektedir.

Gömülü sistemlerin devre tasarımı üzerinde çalışmaya başlamadan önce şu iki parametreyi bilmek önemlidir:

1. Elinizin altında güç bütçesini kabul edin : Gömülü sistemi tasarlamak için tam güç bütçesini anlamak, doğru bileşenleri/yongaları ve diğer gerekli faktörleri seçmenize yardımcı olacaktır.
2. Genel güç tüketiminin ölçülmesi: Devrenin toplam güç tüketimi, gömülü sistem tasarlanırken bir blok diyagram yardımıyla çıkarılabilir. Bir blok diyagramın kullanılması, tasarımcının devrenin ana bileşenlerini ve bunların güç tüketimi sınırlarını tanımasına yardımcı olacaktır. Cihazlar hakkında bu bilgileri almak için özel uygulama notları ve veri sayfaları hazırlayın.

Yukarıda belirtilen faktörler, gömülü sistem devre tasarımcısının daha az güç tüketimi ve yüksek performans artı verimlilik elde etmek için yüksek seviyeli gömülü devre tasarımı oluşturmasına yardımcı olacaktır . Ayrıca mühendisin gömülü sistemin erken tasarım aşamasında çiplerin/bileşenlerin ve diğer önemli parametrelerin doğru gereksinimlerini anlamasına yardımcı olacaktır. Etkili bir gömülü sistem tasarlamak için, tasarımcı tarafından gömülü sistem kartlarını tasarlamak için kullanılabilecek bazı faydalı devre tasarımı hususlarının listesi aşağıdadır.

Genel devre çalışma voltajını kontrol etme

Güç tüketimi çalışma voltajıyla ilgili olduğundan, genel devre kartı için düşük bir çalışma voltajı sağlamak önemlidir. Devrenin voltaj seviyesi ne kadar yüksek olursa, güç tüketimi o kadar yüksek olur, bu nedenle voltaj seviyesinin mümkün olduğunca düşük tutulması tavsiye edilir. Örneğin, devredeki her çip 2,7V'a kadar voltaj seviyesi çekebiliyorsa, o zaman tasarımcı, komple devre tasarım kartı için belirli voltaj seviyesine küçük bir marj ayarlamayı düşünebilir.

Öte yandan, devre üzerinde uygun bir güç tasarrufu seçeneği varsa, o zaman tasarımcı, gömülü sistem kartının ihtiyaç duyduğu birden fazla güç rayı ihtiyacını, ancak dijital çeviri gibi bazı ek ekipmanların ihtiyacını kolayca karşılayabilir. Kart tasarımını tamamlamak için çiplere ve DC-DC dönüştürücüye ihtiyaç duyulacaktır.

Enerjiye aç cihazların çalışma voltajının korunması

Enerjiye aç elektronik cihazların çalışması, güç tüketimini en aza indirmeye yardımcı olacağı için düşük voltajda düzenlenmelidir. Bu adımı gerçekleştirmek için, devrede farklı voltaj seviyelerinde çalışan farklı ekipman/bileşenler ile arayüz oluşturmak için LDO/DC-DC dönüştürücü ve harici voltaj dönüştürücü gibi bazı ek cihazlar gerekecektir. Bu prosedüre geçmeden önce, devre tasarımında gerekli olacak ek maliyet, çaba, güç tasarrufu ve uyanma süresini kontrol ettiğinizden emin olun .

Doğru yongaları ve bileşenleri seçme

Cihazın verimliliğini ve performansını etkilediği için gömülü sistemin şemasını çizerken doğru bileşenlerin ve IC yongalarının seçimi oldukça önemlidir. Güç tüketiminin devre üzerinde daha büyük bir etkisi olacağından, tam güç tüketimi bütçesini de dikkate almak gerekir. Bu nedenle, tasarımcı, devre tasarımına bağlı olarak , yüksek/düşük voltaj seviyesinde çalışıp çalışmayacağına bağlı olarak yüksek/düşük güç tüketimine sahip IC'leri seçmelidir . Devre için bileşenleri ve yongaları seçerken diğer önemli faktörleri de kabul etmek gerekir.

Çeşitli arayüz modüllerinin kullanımı

Gömülü sistemin devre tasarımı, sensörler, kameralar, IoT modülleri (Bluetooth, WiFi vb.), RS485/ RS232 iletişim arayüzleri vb. diğer hazır cihazların kullanımını gerektirebilir. Güç tüketiminin dikkate alınması önemlidir. seçmeden önce bu arabirim cihazlarının Doğru teknoloji türünü seçmek, aktif güç tüketimi, açılış süresi, farklı cihazların ideal güç tüketimi gibi çeşitli parametreleri karşılaştırarak ideal olarak ölçülebilir.

Örneğin, tasarımcı veri aktarımı için RF kullanmak istiyorsa, WiFi, BLE, ISM RF, Zigbee, vb.'den harika bir kullanıcı deneyimi sağlayacak ve daha az güç tüketecek uygun cihazı düşünmesi gerekir. Çoğu zaman yanlış teknoloji seçimi devre tasarımında güç tüketimini optimize etmede zorluklara yol açar . Bu nedenle, bu faktörleri de dikkate almak önemlidir.

Çevresel güç geçişi

Elektronik devre tasarımında , cihazı kullanılmadığında KAPALI hale getirmek için güç kontrol mekanizması entegre edilebilir. Bazı gömülü sistemler, iletişim modemlerini kullanır ve bunları sürekli olarak AÇIK tutmak, güç tüketimi açısından masrafları etkileyebilir. Bu nedenle, kullanımda değilken cihazı kapatmak için AÇMA/KAPAMA güç kontrolünü kullanmak daha iyidir. Sensörler, ADC, LCD vb. gibi diğer bileşenler, devrede daha yüksek güç tüketimini azaltmaya yardımcı olacağından, kullanılmadıklarında da kapatılmalıdır.

Doğru güç kaynağının kullanımı

Gömülü kartta çalışacak doğru giriş voltajını seçmek son derece önemlidir. Giriş voltajı, güç kaynağı adaptörü veya pil tarafından sağlanır; doğru ölçülmesi gerekir. Devre kartı üzerindeki her bileşen 3.3V veya 5V ile çalışıyorsa, 12/24V pil veya DC giriş kullanmak yerine 6V güç girişi kullanmak devredeki güç kaybını güç olarak önlemeye yardımcı olacağından daha iyidir. Kayıp doğrudan voltaj farkıyla ilgilidir.

Gömülü kartın voltaj dönüşümü için tasarımcı lineer regülatör yerine anahtarlamalı DC-DC dönüştürücü kullanmalıdır. Lineer regülatörler, gücün ısı şeklinde yayılan voltaj ve akım farkına eşdeğer olduğu dağıtım modunda bu cihazlar olduğu için voltaj dönüşümünde oldukça etkisiz çalışırlar.

LED'lerin yerleşimi

LED'lerin gömülü kart üzerine yerleştirilmesi, devre tasarımının güç tüketimini büyük ölçüde etkileyebilir . Tek bir LED devrede 1-5mA kadar tüketebilir. Bu nedenle, gemide LED kullanımına ihtiyaç varsa, tasarımcı LED'leri azaltmayı denemelidir. Mümkünse LED'lerin tamamen çıkarılması daha iyi olacaktır.

Aksi takdirde tasarımcı, yüksek değerli direnç yardımıyla LED'lerin parlaklığını en aza indirmeye çalışmalıdır. Mühendis, LED'leri tam zamanlı olarak yanmasını sağlamak veya kullanıcının cihazla iletişim kurmasını gerektirene kadar KAPALI tutmak yerine yalnızca yanıp sönecek şekilde ayarlayabilir. Bu tür yaklaşımlar, genel devredeki güç tüketimini azaltmaya yardımcı olacaktır.

Sağ ekran seçimi

Gömülü kart için ekran seçerken, bir mühendisin Kağıt Ekran, 7 Segment ekran, OLED, Mono Grafik LCD, Karakter LCD, Cam LCD vb. gibi birkaç seçeneği vardır. Ekran %50 ila %60'ın üzerinde enerji tükettiği için Bu nedenle tasarımcı, tüm devre tarafından sağlanan toplam güç tüketimi bütçesini göz önünde bulundurarak ekranı dikkatli seçmelidir.

Ekranın yüksek güç tüketim oranıyla kullanılması kesinlikle zorunluysa, tasarımcı tam ekran, arka ışık güç geçişi, ekran boyutu, renk şeması seçimi gibi gri veya koyu skala modu gibi diğer teknikleri uygulamalıdır. güç tüketimini büyük ölçüde en aza indirmede.

Pull-up dirençlerin kullanımı

Optimum değerlerdeki pull-up dirençlerinin kullanılması devredeki güç tüketimini azaltmaya yardımcı olabilir. Pull-up dirençleri büyük ölçüde anahtarlar, I2C vb. için kullanılır. Her pull-up direnci birkaç miliampere kadar tasarruf etmeye yardımcı olabilir. Bu nedenle, pull-up'ların kullanılması, güç tasarrufunda önemli ölçüde yardımcı olabilir. Örneğin, 1K değerindeki pull-up direnci, 3.3V'da çalışırken 330uA'yı boşaltacak olan 10K değerindeki pull-up'tan 3,3mA'ya kadar boşaltacaktır.

Mikrodenetleyici (MCU) kullanımı

Gömülü sistemlerin devre tasarımı için doğru mikrodenetleyici seçimi önemlidir . Devre tipine bağlı olarak, yüksek/düşük güç tüketen mikrodenetleyici seçimi değişebilir. MCU'nun güç tüketimi, yerleşik sistem kartının güç tüketiminden %20 daha fazlaysa, düşük güç tüketen mikro denetleyiciyi seçmek çok önemlidir.

Bu nedenle, en düşük güç tüketen MCU'yu seçmek için daha fazla çaba sarf etmek, devre üzerinde fazla bir etki yaratmayacaktır. Çevre birimlerinin güç geçişi, kayan nokta pimlerinin giriş düzeyini belirli bir yüksek veya düşük duruma ayarlama, kod akış stratejilerini optimize etme vb. gibi düşük güç tüketimine yardımcı olabilecek diğer faktörlere dikkat etmek önemlidir.

Bu konuda herhangi bir fikriniz var mı? Aşağıdaki yorumlarda bize bildirin veya tartışmayı Twitter veya Facebook'a taşıyın.

Editörün Önerileri:

• 3D baskılı devre kartları gerçek şeye nasıl yığılacak?
• Bu kalem, elektriği iletebilen devreler çizer.
• İşte bugün piyasadaki en iyi STEM oyuncakları
• Amazon'a yardımcı olan güçlü filo yönetiminden öğrenebileceğimiz 7 şey