Düşük Güç Tüketimi Çağında Kablosuz Haberleşme Modüllerinin Güç Tüketimi Nasıl Doğru Ölçülür?: 6 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Düşük güç tüketimi, Nesnelerin İnterneti'nde son derece önemli bir kavramdır. Çoğu IoT düğümünün pillerle çalıştırılması gerekir. Yalnızca kablosuz modülün güç tüketimini doğru bir şekilde ölçerek, 5 yıllık pil ömrü için ne kadar pil gerektiğini doğru bir şekilde tahmin edebiliriz. Bu makale sizin için ayrıntılı ölçüm yöntemlerini açıklayacaktır.

Nesnelerin İnterneti'nin birçok uygulamasında, terminal cihazları tipik olarak pille çalışır ve sınırlı kullanılabilir güce sahiptir. Pilin kendi kendine deşarj olması nedeniyle, en kötü durumda gerçek elektrik kullanımı nominal gücün sadece yaklaşık %70'i kadardır. Örneğin, yaygın olarak kullanılan CR2032 düğme pil, bir pilin nominal kapasitesi 200 mAh'dir ve aslında sadece 140 mAh kullanılabilir.

Pilin gücü çok sınırlı olduğundan, ürünün güç tüketimini azaltmak önemlidir! Güç tüketimini ölçmek için yaygın olarak kullanılan yöntemlere bir göz atalım. Yalnızca bu güç tüketimini ölçme yöntemleri açık olduğunda, ürünün güç tüketimi optimize edilebilir.

Adım 1: İlk olarak, Güç Tüketimi Ölçümü

Kablosuz modülün güç tüketimi testi esas olarak akımı ölçmek içindir ve burada iki farklı hareketsiz akım ve dinamik akım testine ayrılmıştır. Modül uyku veya bekleme durumundayken, akım değişmediği için statik bir değer tutun, buna hareketsiz akım diyoruz. Şu anda, ölçmek için geleneksel bir multimetre kullanabiliriz, Şekil 1'de gösterildiği gibi gerekli ölçüm değerini elde etmek için güç kaynağı pinine seri olarak bir multimetre bağlamamız yeterlidir.

Adım 2:

Modülün normal çalışma modunun emisyon akımı ölçülürken, sinyal iletimi için gereken kısa süreden dolayı toplam akım değişim durumundadır. Biz buna dinamik akım diyoruz. Multimetrenin tepki süresi yavaştır, değişen akımı yakalamak zordur, bu nedenle ölçmek için multimetreyi kullanamazsınız. Akımı değiştirmek için, ölçmek için osiloskop ve akım probunu kullanmanız gerekir. Ölçüm sonucu Şekil 2'de gösterilmektedir.

Adım 3: İkincisi, Pil Ömrü Hesaplaması

Aşağıdaki Şekil 3'te gösterildiği gibi, kablosuz modüllerin genellikle iki çalışma modu vardır: çalışma modu ve uyku modu.

4. Adım:

Yukarıdaki veriler LM400TU ürünümüzden gelmektedir. Yukarıdaki şekle göre, iki iletim paketi arasındaki iletim aralığı 1000 ms'dir ve ortalama akım hesaplanır:

Başka bir deyişle, ortalama akım 1 saniyede yaklaşık 2.4mA'dır. Bir CR2032 güç kaynağı kullanıyorsanız, ideal olarak yaklaşık 83 saat, yaklaşık 3,5 gün kullanabilirsiniz. Çalışma saatlerimizi bir saate çıkarsak ne olur? Benzer şekilde, yukarıdaki formülle saat başına ortalama akımın sadece 1.67uA olduğu hesaplanabilir. CR2032 pilinin aynı bölümü, ekipmanın 119,760 saat, yaklaşık 13 yıl çalışmasını destekleyebilir! Yukarıdaki iki örneğin karşılaştırılmasından, paket gönderme arasındaki zaman aralığını artırmak ve uyku süresini uzatmak, tüm makinenin güç tüketimini azaltabilir, böylece cihaz daha uzun süre çalışabilir. Bu nedenle kablosuz sayaç okuma sektöründeki ürünler günde sadece bir kez veri gönderdikleri için genellikle uzun süre kullanılmaktadır.

Adım 5: Üçüncü, Yaygın Güç Sorunları ve Nedenleri

Ürünün düşük güç tüketimini sağlamak için paket aralık süresini artırmanın yanı sıra, ürünün kendisinin, yani yukarıda bahsedilen Iwork ve ISleep'in mevcut tüketiminde de bir azalma vardır. Normal şartlar altında bu iki değer çip veri sayfası ile tutarlı olmalıdır, ancak kullanıcı düzgün kullanılmadığı takdirde problemler olabilir. Modülün emisyon akımını test ettiğimizde, anten kurulumunun test sonuçları üzerinde büyük etkisi olduğunu gördük. Bir antenle ölçüm yaparken, bir ürünün akımı 120mA'dır, ancak anten vidalanırsa, test akımı yaklaşık 150mA'ya yükselir. Bu durumda güç tüketimi anormalliği, esas olarak modülün RF ucunun uyumsuzluğundan kaynaklanır ve dahili PA'nın anormal şekilde çalışmasına neden olur. Bu nedenle, müşterilerin kablosuz modülü değerlendirirken teste girmelerini öneririz.

Önceki hesaplamalarda, iletim aralığı uzadıkça, çalışma akımı görev döngüsü küçülür ve küçülür ve tüm makinenin güç tüketimini etkileyen en büyük faktör ISleep'tir. ISleep ne kadar küçük olursa, ürün ömrü o kadar uzun olur. Bu değer genellikle çip veri sayfasına yakındır, ancak müşteri geri bildirim testinde genellikle büyük miktarda uyku akımıyla karşılaşırız, neden?

Bu sorun genellikle MCU'nun yapılandırmasından kaynaklanır. Tek bir MCU'nun ortalama MCU güç tüketimi mA seviyesine ulaşabilir. Başka bir deyişle, bir IO bağlantı noktasının durumunu yanlışlıkla gözden kaçırırsanız veya yanlış eşleştirirseniz, önceki düşük güç tasarımını bozması muhtemeldir. Sorunun ne kadar etkilediğini görmek için örnek olarak küçük bir deney yapalım.

6. Adım:

Şekil 4 ve Şekil 5'in test sürecinde, test nesnesi aynı üründür ve aynı konfigürasyon, test sonuçlarının farkını açıkça görebilen modül uyku modudur. Şekil 4'te, tüm IO'lar giriş aşağı çekme veya yukarı çekme için yapılandırılmıştır ve test edilen akım yalnızca 4,9uA'dır. Şekil 5'te, IO'lardan yalnızca ikisi değişken girişler olarak yapılandırılmıştır ve test sonucu 86.1uA'dır.

Şekil 3'teki çalışma akımı ve süresi sabit tutulursa, iletim aralığı 1 saattir ve bu da farklı uyku akımı hesaplamalarını beraberinde getirir. Şekil 4'ün sonuçlarına göre, saat başına ortalama akım 5.57 uA'dır ve Şekil 5'e göre yaklaşık 16 katı olan 86.77 uA'dır. Ayrıca 200mAh CR2032 pil güç kaynağı kullanarak, Şekil 4'teki konfigürasyona göre ürün, yaklaşık 4 yıl boyunca normal şekilde çalışabilir ve Şekil 5 konfigürasyonuna göre bu sonuç sadece yaklaşık 3 aydır! Yukarıdaki örneklerden de görülebileceği gibi, kablosuz modülün kullanım süresini en üst düzeye çıkarmak için aşağıdaki tasarım ilkelerine uyulmalıdır:

1. Müşterilerin uygulama gereksinimlerini karşılamak koşuluyla, paket gönderme aralığını mümkün olduğunca uzatın ve çalışma süresi boyunca çalışma akımını azaltın;

2. MCU'nun IO durumu doğru şekilde yapılandırılmalıdır. Farklı üreticilerin MCU'ları farklı konfigürasyonlara sahip olabilir. Ayrıntılar için resmi verilere bakın.

LM400TU, ZLG Zhiyuan Electronics tarafından geliştirilen düşük güçlü bir LoRa çekirdek modülüdür. Modül, askeri iletişim sisteminden türetilen LoRa modülasyon teknolojisi ile tasarlanmıştır. Karmaşık ortamda küçük veri hacmini mükemmel bir şekilde çözmek için benzersiz spektrum genişletme işleme teknolojisini birleştirir. Ultra uzun mesafeli iletişim sorunu. LoRa ağ şeffaf iletim modülü, kendi kendini organize eden ağ şeffaf iletim protokolünü gömer, kullanıcının tek tuşla kendi kendini organize eden ağını destekler ve özel bir sayaç okuma protokolü, CLAA protokolü ve LoRaWAN protokolü sağlar. Kullanıcılar, protokol üzerinde çok fazla zaman harcamadan doğrudan uygulama geliştirebilirler.