Il consumo di energia è un importante fattore di prestazione per quasi tutti i dispositivi elettronici. Il risparmio energetico è positivo per l’ambiente e ha un impatto significativo sui costi, sull’esperienza del cliente e sulla durata di una soluzione.
Il basso consumo energetico è importante per tutti i dispositivi elettronici. Che siano alimentati dalla rete elettrica, da una grande batteria, da una pila a bottone o da energy harvesting.
Con la crescita dell’Internet of Things (IoT), la necessità di progettare prodotti efficienti dal punto di vista energetico sta diventando sempre più critica. I dispositivi IoT utilizzano tecnologie wireless a bassa potenza come Bluetooth® Low Energy, NB-IoT, LoRaWAN o Sigfox.
Le batterie dei dispositivi IoT spesso durano dieci anni o più, come quelle dei contatori dell’acqua intelligenti. L’implementazione di questo tipo di consumo coinvolge quindi più che tecnologie e componenti a basso consumo energetico.
La progettazione di prodotti ad alta efficienza energetica di solito inizia con un concetto. Questo concetto consiste nel selezionare le migliori tecnologie ei migliori componenti di comunicazione a basso consumo energetico, sfruttandone le caratteristiche di risparmio energetico.
La maggior parte delle piattaforme di elaborazione e dei chip di comunicazione ha diverse modalità di alimentazione: attiva, veglia, sospensione e sonno profondo. Inoltre, le tecnologie di comunicazione offrono proprietà energetiche specifiche a seconda del comportamento comunicativo richiesto, ad esempio:
NB-IoT e LTE-M supportano una modalità di risparmio energetico (PSM) e modalità DRX estese (eDRX). Inoltre, è stata recentemente introdotta la funzione segnale di sveglia.
Bluetooth® Low Energy: una tecnologia a basso consumo energetico che consente il controllo dinamico dei consumi dall’introduzione di Bluetooth® 5.2
Il Wi-Fi 802.11ax supporta diverse funzionalità di risparmio energetico per le applicazioni IoT, come il segnale di attivazione.
I test ottimizzano la progettazione delle tecnologie a basso consumo energetico
È molto importante comprendere il comportamento di un dispositivo in termini di consumo energetico. Ad esempio, i chip Bluetooth® di solito hanno diverse modalità di funzionamento:
- Vigilia
- Dormire
- Sonno profondo
Alcuni hanno correnti di standby molto basse, solo pochi microampere, e correnti di picco per trasmettere diversi mA.
È quindi fondamentale monitorare il consumo di energia durante i diversi test e ottimizzare l’uso delle diverse modalità.
Il doppio alimentatore NGM202 ha quattro campi di misura della corrente e una risoluzione fino a 6½ cifre. Queste proprietà li rendono particolarmente adatti per dispositivi con elevati picchi di corrente e basso consumo energetico in modalità standby.
Autonomia a vita con una sola batteria
Un altro fattore critico sono le batterie utilizzate per far funzionare i dispositivi a bassa potenza. Le batterie hanno caratteristiche uniche nel corso della loro vita, come la densità di energia e le curve di scarica.
I test avanzati sono essenziali in ogni fase di sviluppo per verificare che la batteria funzioni. I test determineranno le prestazioni previste per tutto il ciclo di vita della batteria.
È quasi impossibile testare un dispositivo per un periodo di tempo così lungo, il che rende essenziali i test di simulazione della batteria. La serie di alimentatori R & S®NGM200 può emulare le effettive prestazioni di uscita di una batteria, simulando sia la scarica che la carica.
La serie R & S®NGM202 può persino simulare due batterie contemporaneamente.
Garantire prestazioni RF ottimali
I produttori devono garantire che i loro dispositivi wireless offrano prestazioni RF ottimali per comunicazioni fluide in tutte le situazioni e luoghi. L’impatto delle scarse prestazioni RF sul consumo energetico è spesso trascurato.
Le tecnologie di comunicazione wireless utilizzano diverse tecniche per affrontare i problemi di ricezione del segnale:
- Adatta potenza TXTX
- Passa a una modulazione più robusta
- Schemi di codifica per la trasmissione continua senza feedback
- Utilizzare il protocollo per ripetere i messaggi finché non vengono trasmessi con successo
Tutte queste tecniche comportano un maggiore consumo di energia. Il ragionamento è semplice: inviare un messaggio due volte più che raddoppia il tempo di trasmissione e il consumo di energia. Questo aumento rende essenziale verificare le prestazioni RF a livello di trasmissione e ricezione.
È utile per eseguire misurazioni dello spettro, in particolare per un segnale LoRaWAN. I segnali LoRaWAN operano in una banda di frequenza sub-gHz tra 125 kHz e 500 kHz
La funzione di tagging integrata dell’R&S® FPC supporta misurazioni precise per diversi spread di spettro LoRa e larghezze di banda del canale. Ciò consente di verificare che il dispositivo fornisca la potenza TX prevista entro i limiti richiesti.
Sommario
Molti produttori continuano a spingere i confini delle nuove caratteristiche e funzionalità nei loro prodotti portatili, palmari e alimentati a batteria. Per questi prodotti, migliorare la durata della batteria riducendo al minimo il consumo energetico è un importante fattore di distinzione tra i concorrenti, ma anche il miglioramento della durata complessiva del prodotto.
I test sono parte integrante del processo di progettazione e consentono agli ingegneri di esplorare una serie di tecniche di risparmio energetico, come il clock gating, il power gating e il multi voltaggio.
