物联网设备的电源管理

在消费级或商业级的物联网设备中,电源管理通常是一个非常重要的领域,但他常常被大家所忽略。对于一个利用电池供电的设备,优化动态功耗和静态功耗势在必行。电源的优化有以下三种方式:
 电源管理的控制
 利用IP实现低功耗
 电源感知软件

电源管理控制需要考虑电压和频率范围。为了使IoT的设计达到最优,系统工程师需要掌握每一个主要功能模块的功耗状态。下面的表格提供了SoC中模块的不同电源状态所对应的功耗和时钟。

SoC中模块的不同电源状态所对应的功耗和时钟

在IoT中所使用的IP,应该包含功耗控制部分(Power Wrapper),以此来达到功耗和频率的控制,如下图所示。利用Imagination已经提供了Power Wrapper,可以对IP模块的电源进行控制。

利用IP实现低功耗,系统设计者必须首先认识到功耗管理的目标。对于一个IoT设备,他长时间工作在关机状态,大部分的电源消耗在泄露功耗上,因此,选择一个具有低泄露功耗的处理技术是非常必要的。从长远来看,芯片选用高电压值,并利用门控电源技术将是一个非常好的选择。

对于一个长时间工作在开机状态的设备(如传感器Hub),动态功耗将占有支配地位。为了减少动态功耗,电源管理要考虑电压和频率的调整。选择一个低压的处理器和存储IP,(如40nm工艺,电源在0.7到0.8V)就是一个不错的设计。

对于CPU来说,一个非常实用的减小功耗的方案是降低供电电压,通常被叫做电压调节。对于一个M级的MIPS处理器,比如M5150,与1.08V的供电电压相比,使用0.95V的供电电压可以降低23%的功耗。

然而,如果无线系统的工作效率低,将导致很多节省下来的动态功耗被浪费掉。Bluetooth Smart(低功耗蓝牙)通常被认为是功耗非常低的无线通信技术,但是他的低功耗来源于降低点对点的通信范围和低的传输速度。对于需要更高传输速度的应用,Wi-Fi将是一个更好的选择。

为了满足这些需求,Imagination开发了Ensigma Whisper ——一个包含基带处理的低功耗Wi-Fi。Whisper使满足802.11标准的低功耗Wi-Fi变成了可能。例如,Whisper可以在2.4GHz波段实现802.11n,功耗仅仅与蓝牙相当。

对于IoT设备来说,电源管理是非常重要的,因为IoT设备是移动的,或需要一个很小的电池工作很长一段时间。在设计这些设备的IP时,在考虑低功耗的同时,也要考虑将他们方便的集成到SoC的电源管理方案中。

原文链接: http://blog.imgtec.com/ensigma-communications/power-management-for-iot-d...

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