La consommation d’énergie est un facteur de performance important pour presque tous les appareils électroniques. Les économies d’énergie sont bénéfiques pour l’environnement et ont un impact significatif sur les coûts, l’expérience client et la durée de vie d’une solution.
La faible consommation d’énergie est importante pour tous les appareils électroniques. Que ceux-ci soient alimentés par le réseau électrique, par une grande batterie, par une pile-bouton ou par la récolte d’énergie.
À mesure que l’internet des objets (IoT) se développe, la nécessité de concevoir des produits à faible consommation d’énergie devient de plus en plus critique. Les dispositifs IoT utilisent des technologies sans fil à faible consommation d’énergie telles que Bluetooth® Low Energy, NB-IoT, LoRaWAN ou Sigfox.
Les batteries des appareils IoT durent souvent dix ans ou plus, comme celles des compteurs d’eau intelligents. La mise en œuvre de ce type de consommation implique donc plus que des technologies et des composants à faible consommation d’énergie.
La conception de produits à faible consommation d’énergie commence généralement par un concept. Ce concept consiste à sélectionner les meilleures technologies et les meilleurs composants de communication à faible consommation d’énergie, en exploitant leurs caractéristiques d’économie d’énergie.
La plupart des plateformes de traitement et des puces de communication ont différents modes d’alimentation : actif, veille, sommeil et sommeil profond. En outre, les technologies de communication offrent des propriétés énergétiques spécifiques en fonction du comportement de communication requis, par exemple :
NB-IoT et LTE-M prennent en charge un mode d’économie d’énergie (PSM) et des modes DRX étendus (eDRX). De plus, la fonction de signal de réveil a été récemment introduite.
Bluetooth® Low Energy – une technologie à faible consommation d’énergie qui permet un contrôle dynamique de la consommation depuis l’introduction de Bluetooth®5.2
Le Wi-Fi 802.11ax prend en charge plusieurs fonctions d’économie d’énergie pour les applications IoT, telles que le signal de réveil.
Les tests permettent d’optimiser la conception de technologies à faible consommation d’énergie
Il est très important de comprendre le comportement d’un appareil en matière de consommation d’énergie. Par exemple, les puces Bluetooth® ont généralement différents modes de fonctionnement :
- Veille
- Sommeil
- Sommeil profond
Certains ont des courants de veille très faibles, de quelques microampères seulement, et des courants de pointe pour la transmission de plusieurs mA.
Il est donc essentiel de surveiller la consommation d’énergie pendant les différents tests et d’optimiser l’utilisation des différents modes.
La double alimentation NGM202 dispose de quatre plages de mesure de courant et d’une résolution allant jusqu’à 6½ chiffres. Ces propriétés les rendent particulièrement adaptées aux appareils présentant des pics de courant élevés et une faible consommation en mode veille.
Autonomie à vie avec une seule batterie
Les batteries utilisées pour faire fonctionner les appareils à faible consommation sont un autre facteur critique. Les batteries disposent de caractéristiques uniques au cours de leur vie, telles que la densité énergétique et les courbes de décharge.
Des tests avancés sont indispensables dans chaque phase de développement pour vérifier que la batterie fonctionne. Les tests permettront de déterminer les performances attendues tout au long du cycle de vie de la batterie.
Il n’est guère possible de tester un appareil sur une période aussi longue, ce qui rend les tests de simulation de batterie essentiels. La série d’alimentations R&S®NGM200 peut émuler les performances de sortie réelles d’une batterie, en simulant à la fois la décharge et la charge.
La série R&S®NGM202 peut même simuler deux batteries en même temps.
Assurer des performances RF optimales
Les fabricants doivent s’assurer que leurs dispositifs sans fil offrent des performances RF optimales pour des communications harmonieuses dans toutes les situations et tous les lieux. L’impact d’une mauvaise performance RF sur la consommation d’énergie est souvent négligé.
Les technologies de communication sans fil utilisent différentes techniques pour faire face aux problèmes de réception des signaux :
• Adapter la puissance TX
• Passer à une modulation plus robuste
• Schémas de codage pour la transmission continue sans rétroaction
• Utiliser le protocole pour répéter les messages jusqu’à ce qu’ils soient transmis avec succès
Toutes ces techniques ont pour conséquence une consommation d’énergie plus élevée. Le raisonnement est simple : envoyer un message deux fois fait plus que doubler le temps de diffusion et la consommation d’énergie. Cette augmentation rend essentielle la vérification des performances RF au niveau de la transmission et de la réception.
Il est utile d’effectuer des mesures du spectre, en particulier pour un signal LoRaWAN. Les signaux LoRaWAN fonctionnent dans une bande de fréquences sub-gHz comprise entre 125 kHz et 500 kHz.
La fonction de marquage intégrée du R&S®FPC prend en charge des mesures précises pour différents étalements de spectre LoRa et bandes passantes de canal. Cela permet de vérifier que le dispositif délivre la puissance TX attendue dans les limites requises.
Récapitulatif
De nombreux fabricants continuent de dépasser les limites des nouvelles caractéristiques et fonctionnalités de leurs produits portables, de poche et à batterie. Pour ces produits, l’amélioration de la durée de vie de la batterie en minimisant la consommation d’énergie est un facteur de distinction important entre les concurrents, mais aussi une amélioration de la durée de vie globale du produit.
Les tests font partie intégrante du processus de conception et permettent aux ingénieurs d’explorer un certain nombre de techniques d’économie d’énergie, telles que le clock gating, le power gating et le multi voltage.
