优化物联网的Wi-Fi功耗

Alan Aronof在最近发表的一篇文章中对物联网世界进行了精彩的描述。如果您有兴趣了解物联网的芯片设计,请关注我们的博客。在接下来的一个月时间里,我们将重点介绍两大主题:
•功率要求和管理
•处理和连通要求

Wi-Fi行业领先的Ensigma Whisper低功耗Wi-Fi

Imagination公司的Ensigma Whisper无线电处理单元(RPU)支持低功耗的无线标准,如Wi-Fi、Bluetooth Smart、IEEE 802.15.4等。不过在本文中,我将主要探讨Ensigma Whisper低功耗Wi-Fi系列以及Wi-Fi 802.11n的功率消耗如何实现行业领先(其所获得的成效几乎是所有其它竞争产品所实现成效总和的一半)。

Ensigma Whisper低功耗Wi-Fi

在描述Whisper RPU实现低功耗的详细信息前,将简要介绍降低Wi-Fi功耗的通用方法。

常见的技术包括:

•以可能达到的最高速度来传送数据,以将休眠时间最大化
•使用单天线,而非多个天线(单入单出系统SISO vs 多入多出系统MIMO)
•在数据包接收期间优化功率消耗

IEEE 802.11 a / b / g / n标准还提供许多功能,以在Wi-Fi设备中实现低功耗,包括:

1. IEEE省电模式:在这种模式下,若出现一段时间的不活动,无线电活动便可暂停,以节省功率。设备可被定期唤醒,以检查访问点是否有排队等候的数据,以确保没有有效的数据包丢失。

2. 无线多媒体(WMM)省电模式:在这种模式下,客户端可以随时请求排队数据,而不必等待下一个信标帧。异步模式被称为非排程自动省电模式(UAPSD),同步模式则被称为计划自动功率省电模式(SAPSD)。这些技术适用于负荷较小的传输,如声音。

Ensigma Whisper RPU架构使用了上述的几种技术,以及一些PHY、MAC和RF优化,以达到最低的功耗。

Whisper RPU也可进行物联网进一步的特定优化。一般来说,物联网设备大部分时间处于休眠模式,偶尔处于唤醒模式是用来确认数据包是否需要解码或传输。鉴于这些考虑,Whisper RPU的设计便旨在优化睡眠模式下的功率消耗。

下一节将针对技术人员讨论Whisper在很多细节方面的功率优化。

PHY层的优化

•相比传统的设计,PHY的时钟频率较更低,这样可以降低动态功耗。
•在数据路径减小位宽可以降低动态功耗和漏电功耗。
•较低的假同步概率加之假同步早期便可终止运行,这有助于优化接听模式的功率。
•快速自动增益控制(AGC)算法可以更快进行序言检测,以优化睡眠/唤醒周期。睡眠/唤醒周期是连接待机模式功耗的关键。
•载波频率偏移的先验估计,可进行更少位数的解码,且其他技术还可确保信标模式下的功耗降至最低。

MAC层的优化

MAC优化能确保整个堆栈(从2层逻辑到应用程序级逻辑)可以在嵌入式处理器中运行(请参照上述图表),从而消除了对通用CPU的需求。

RF层的优化

可通过优化以下几方面来节省RF功耗,包括:模拟滤波器设计或PLL/VCO/LNA设计。

PHY / MAC /RF的优化要结合先进的电源管理系统,包括DC-DC转换器、低压差线性稳压器、32 kHz实时时钟、定时器和控制测序器等。这可确保电源管理软件在最快时间开启电源,同时确保电源在最早的时间关闭,以保证最低的功率消耗。此外,Whisper RPU可提供控制MAC时钟频率的机制,从而允许在初始化期间或断电时期保持高时钟频率,使处理器得以维持更长的休眠时间。

下图是Whisper相比同类竞争产品所展示的多个功率状态。从这个数字可清晰看到,其接收功耗约占同类竞争产品功耗的一半。各种功率优化可确保依靠Whisper供电的设备迅速唤醒,并在唤醒过程中消耗的功率最低。

Whisper相比同类竞争产品所展示的多个功率状态

这些节能特性使Whisper RPU适用于在硬币电池上运行的物联网应用程序。

原文链接:
http://blog.imgtec.com/ensigma-communications/optimizing-wi-fi-power-con...

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