【導(dǎo)讀】IoT(Internet of things)，物聯(lián)網(wǎng)開辟了大量新應(yīng)用，并產(chǎn)生了更多對監(jiān)控或者控制功能的渴望。不幸的是，功耗也隨著功能的增加而增加。這是考慮整個系統(tǒng)功耗需求的出發(fā)點(diǎn)。大量的功能模塊消耗很大的電流。幸運(yùn)的是，并非所有功能都需要在最大的功耗模式下持續(xù)工作。那么目標(biāo)就是關(guān)閉當(dāng)下不需要的一切功能以減小功耗。一個設(shè)備始終一直在工作的就要求超低功耗。可以考慮使用RTC，因?yàn)镽TC實(shí)時時鐘是一直在工作的。
01 電流消耗
今天一切都聲稱是低功率（LP）。下一代應(yīng)用程序可能只有輕微的功率減小就已經(jīng)貼上了低功率LP標(biāo)簽。對于電池供電的系統(tǒng)，必須考慮實(shí)際的電流消耗與電池容量的關(guān)系。
可穿戴式，便攜式和許多IoT應(yīng)用被迫使用最少的能量以減小功耗。利用低電壓電源是一個很好的起點(diǎn)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)耗散都具有歐姆特性。選擇并優(yōu)化電路以實(shí)現(xiàn)最低功耗。不同元件的比較說明了單個電流消耗的大小：微控制器單元（MCU）不需要連續(xù)運(yùn)行！
02 電流消耗隨時間變化
示例：無線遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊。功能：根據(jù)控制系統(tǒng)的變化定期檢查傳感器，并且將大偏差值傳輸?shù)交尽＃↖mplementation A）在典型情況下，動作發(fā)生在時間a）的隨機(jī)點(diǎn)。動作b）消耗最大電流。微控制器c）一直在運(yùn)行以及時準(zhǔn)備好以捕獲必要的動作。集成在微控制器d）中的RTC允許對動作加時間戳。e）顯示了總的電流消耗。
借助LOW POWER RTC模塊(Implementation B），微控制器僅定期起來查看是否有動作要處理c''''''''），其他沒有事件處理的時間恢復(fù)到休眠模式，因此平均電流c''''''''''''''''）可能降低到技術(shù)上的最小值。在實(shí)際情況下，動作時間（MCU處理事件）可能只是持續(xù)時間很短，只占整個時間段的一小部分，因此節(jié)省f）代表了主要部分。
03 在系統(tǒng)級別上進(jìn)行低功耗劃分
在設(shè)計早期階段考慮供電架構(gòu)架構(gòu)是一種良好的做法。電源線應(yīng)按照不同功能塊可以完全關(guān)閉的方式進(jìn)行布線。
3.1過程監(jiān)視模塊的通用示例
a）理想情況下，所有傳感器都會連續(xù)激活（每秒1000次），但這是至關(guān)重要的嗎？仔細(xì)研究每個單獨(dú)的塊可以探索降低功耗的潛力，只需延長采樣之間的時間。
b）傳感器1：只要溫度<55°C，每分鐘只需讀取一次。當(dāng)溫度高于55°C，必須每10秒檢查一次。
c）傳感器2：水位不能快速變化，因此每15分鐘檢查一次就足夠了。
d）通信：通信模塊將在固定時間每天通信一次，或者在參數(shù)超過臨界限值時立即通信。
3.2 關(guān)鍵點(diǎn)
關(guān)閉電源后，檢查所有線路的漏電流。標(biāo)準(zhǔn)FET開關(guān)很容易泄漏幾μA數(shù)量級的電流。具有開漏配置的通信線路也是潛在的漏電流來源。確保上拉電阻連接到控制器電源。用于開關(guān)電源的二極管必須是低泄漏肖特基型。
必須關(guān)閉測試頻率輸出并配置為最低功耗。
04 控制活動級別
在以下情況下達(dá)到最低的系統(tǒng)功耗：
只有一個超低功耗設(shè)備始終保持開啟狀態(tài)，控制定期喚醒并保持時間。
關(guān)閉所有其他塊，如果不可行，該模塊需要進(jìn)入休眠狀態(tài)或最低功耗空閑模式。這可能意味著>> 95％的時間內(nèi)唯一的需要供電的電路是RTC模塊。
05 選擇關(guān)鍵器件
5.1 EPSON的RTC模塊
EPSON的RTC模塊優(yōu)于具有單獨(dú)Xtal的通用RTC，尤其適用于物聯(lián)網(wǎng)和電源關(guān)鍵應(yīng)用。以EPSON的RX8111,RX4111,RX8010SJ 等為例，將RTC電路與32.768 kHz晶振集成到模塊中，具有如下的優(yōu)勢：
·RX8111CE
RX8111是一款擁有I2C接口和溫度補(bǔ)償功能的新型實(shí)時時鐘芯片，RTC模塊體積很小，具有內(nèi)置的頻率調(diào)整后的32.768 kHz晶體單元和自動電池切換功能。還配備了時間戳功能，用于記錄和存儲時間信息。適合用于工廠自動化設(shè)備，辦公設(shè)備，手持終端，安全設(shè)備和其他小型電子產(chǎn)品等產(chǎn)品。
·RX4111CE
RX4111是一款擁有SPI接口和溫度補(bǔ)償功能的新型實(shí)時時鐘芯片，RTC模塊體積很小，具有內(nèi)置的頻率調(diào)整后的32.768 kHz晶體單元和自動電池切換功能。還配備了時間戳功能，用于記錄和存儲時間信息。適合用于工廠自動化設(shè)備，辦公設(shè)備，手持終端，安全設(shè)備和其他小型電子產(chǎn)品等產(chǎn)品。
·RX8010SJ
1.高可靠性及穩(wěn)定性，采用內(nèi)置32.768KHz晶體, 減輕用戶對電路匹配的負(fù)擔(dān)和環(huán)境對晶體電路的影響。
2.軟件對于系統(tǒng)的工作狀態(tài)需要進(jìn)行監(jiān)控，以保證數(shù)據(jù)的正確和可靠性。8010 提供一個標(biāo)志 VLF，該標(biāo)志位的主要功能是檢測內(nèi)部晶體是否停振，當(dāng)系統(tǒng)受到干擾或重新上電復(fù)位，VLF 就有可能被置位。獨(dú)立的RTC模塊可以作為完全獨(dú)立的看門狗來監(jiān)控執(zhí)行期間的軟件。
3.SOP 8 小型化封裝, 引腳兼容NXP, Maxim/Dallas等多家RTC. 用戶可再現(xiàn)有的電路上方便應(yīng)用測試。
4.由于振蕩器電路采用密封封裝，外部無法觸及高阻抗觸點(diǎn)，因此可承受惡劣的環(huán)境條件，如潮濕和灰塵污染。晶體和RTC電路的距離非常小降低了對雜散信號耦合的敏感性。
5.時鐘精度5 /-23PPM,由EPSON工廠出廠時每片調(diào)整,以保證精度要求。
5.2作為RTC的備用電源，松下紐扣電池很受歡迎。一顆穩(wěn)定的電池所帶來的效果，會大大延續(xù)產(chǎn)品的使用壽命。
松下的一次性紐扣電池CR2032，它的特性如下:
· 體積小：Φ20毫米，厚度3.2毫米
· 恒定電源電壓：3.0 V
· 容量：225 mAh
· 高可用性
· 知名品牌：Panasonic
下圖為松下常見的CR-2032電池，在20°常溫環(huán)境下，配合Epson nA級別RTC，可以達(dá)到15年以上持續(xù)供電，保持產(chǎn)品在任何情況下，是RTC備電的穩(wěn)定的后勤保障。
而這一切的秘密，來源于松下電池的低內(nèi)阻。
•內(nèi)阻是指電流通過電池時所受到的阻力。電池的內(nèi)阻是化學(xué)電源的一個極為重要參數(shù)，它直接影響電池的工作電壓，工作電流，輸出的能量與功率，從功率和能量輸出的角度來看化學(xué)電源的內(nèi)阻越小越好。
•電池內(nèi)阻與材料（正負(fù)極材料，隔膜，電解液等），結(jié)構(gòu)以及裝配過程有關(guān)。一顆“好”的電池應(yīng)該保證在產(chǎn)品的后期，也要保持低內(nèi)阻，才能確保其產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
另外，松下還擁有全業(yè)界最穩(wěn)定的一次鋰氟化碳電池（BR電池）系列，溫度范圍更廣，持續(xù)放電能力更強(qiáng)。
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