Strømforbruk er en viktig ytelsesparameter for nesten alle elektroniske enheter. Å spare energi er bra for miljøet og påvirker kostnadene, kundeopplevelsen og løsningens levetid betydelig.
Lavt strømforbruk er relevant for alt elektronisk utstyr. Enten det blir drevet av strømnettet, en stor batteripakke, et knappcelle-batteri eller energihøsting.
Etter hvert som tingenes internett (IoT) vokser, blir design av kretser med lite strømforbruk mer kritisk. De er avhengige av trådløse teknologier med lav effekt som Bluetooth® Low Energy, NB-IoT, LoRaWAN eller Sigfox.
Batterier i IoT-enheter varer ofte ti år eller mer, for eksempel batterier i smarte vannmålere. Det å oppnå denne typen lavt strømforbruk innebærer mer enn bare å ta i bruk kretser og komponenter med lav effekt.
Laveffektsdesign starter vanligvis med et systemoppsett med lavt strømforbruk. Dette består i å velge de beste kommunikasjonsteknologiene og komponentene med lav effekt, ved å bruke deres muligheter for strømsparing fullt ut.
De fleste prosesseringsplattformer og kommunikasjonskretser har forskjellige strømmoduser: aktiv, standby, søvn og dyp søvn. I tillegg gir kommunikasjonsteknologi spesifikke effektfunksjoner basert på den nødvendige kommunikasjonsatferden, for eksempel:
NB-IoT og LTE-M støtter en strømsparingsmodus (PSM) og utvidet DRX (eDRX) -modus. I tillegg ble wake-up-radio-funksjonen nylig introdusert.
Bluetooth® Low Energy – en teknologi med lav effekt som har gjort dynamisk strømkontroll mulig med introduksjonen av Bluetooth®5.2
Wi-Fi 802.11ax støtter flere strømsparingsfunksjoner for IoT-applikasjoner, for eksempel wake-up-radio.
Testing hjelper deg med å optimalisere effektforbruket
Å forstå hvordan en enhet forbruker strøm er veldig viktig. For eksempel har Bluetooth®-kretser vanligvis forskjellige driftsmodi:
- Tomgang
- Søvn
- Dyp søvn
Noen kretser har svært lavt strømforbruk i søvnmodus, på bare noen få mikroamper, og toppstrømmer for overføring på flere mA.
Derfor er det viktig å overvåke strømforbruket med forskjellige tester og optimalisere bruken av forskjellige moduser.
NGM202 er en dobbel strømforsyning som har fire måleområder for strøm og 6½ siffer. Disse funksjonene er ideelle for enheter med høye strømtopper og lavt strømforbruk i standby-modus.
Sørg for at ett enkelt batteri varer hele levetiden
Batterier som brukes til å forsyne enheter med lite strømforbruk er en annen viktig faktor. Batterier har unike egenskaper i løpet av levetiden, for eksempel energitetthet og utladningskurver.
Avanserte tester er avgjørende i hver utviklingsfase for å verifisere at designet fungerer. Testingen vil bestemme forventet ytelse i løpet av batteriets livssyklus.
Å teste en enhet over så lang tid er neppe mulig, noe som gjør batterisimuleringstester avgjørende. R&S®NGM200-serien med strømforsyninger kan etterligne batteriets faktiske ytelse og simulere både utlading og lading
R&S®NGM202 kan til og med simulere to batterier samtidig.
Sørg for best mulig RF-ytelse
Produsenter må sørge for at deres trådløse enheter gir optimal RF-ytelse for fullgod kommunikasjon under alle forhold og på alle steder. Effekten dårlig RF-ytelse har på strømforbruket blir ofte oversett.
Trådløs kommunikasjonsteknologi bruker forskjellige teknikker for å takle signalproblemer:
- Tilpass TX-effekten
- Bytt til mer robust modulering
- Koder for å starte blind repetisjon av meldinger
- Bruk protokollen til å gjenta meldinger til overføring er vellykket
Alle disse teknikkene gir høyere strømforbruk. Matematikken er enkel: å sende en melding to ganger mer enn dobler sendetiden og strømforbruket. Denne økningen gjør det viktig å verifisere RF-ytelse i overføring og mottak.
Å utføre spektrummålinger er verdifullt spesielt for et LoRaWAN-signal. LoRaWAN-signaler opererer i et sub-GHz bånd mellom 125 kHz og 500 kHz.
Den integrerte R&S®FPC-markørfunksjonen gjør det lettere å foreta nøyaktige målinger for forskjellige LoRa-overføringer og kanalbåndbredder. Dette hjelper deg med å verifisere at enheten leverer forventet TX-effekt innenfor de nødvendige grensene.
Sammendrag
Mange produsenter fortsetter å presse grensene for nye funksjoner og bedre ytelse i produktene, alt pakket i bærbare, håndholdte, batteridrevne enheter. For disse produktene er forbedring av batterilevetiden ved å minimere strømforbruket det som kan utgjøre den store forskjellen fra konkurentene, samtidig som produktets totale levetid forbedres.
Testing er en svært viktig del av designprosessen og gjør det mulig for ingeniører å se nærmere på en rekke strømsparingsteknikker som clock gating, power gating og multispenning.
