Zużycie energii to kluczowy parametr określający wydajność niemalże wszystkich urządzeń elektronicznych. Oszczędzanie energii jest korzystne dla środowiska i ma istotny wpływ na koszty, doświadczenia klientów i trwałość rozwiązania.
Niskie zużycie energii jest kluczowe dla wszystkich urządzeń elektronicznych. Nie ma tu znaczenia, czy zasilanie jest dostarczane przez sieć, duży akumulator, małą baterię, czy też pobierane z innego źródła.
W miarę rozwoju Internetu rzeczy (IoT) konieczność projektowania urządzeń pod kątem niskiego zużycia energii staje się coraz ważniejsza. Tego typu rozwiązania opierają się na technologiach bezprzewodowych o niskim zużyciu energii, takich jak Bluetooth® Low Energy, NB-IoT, LoRaWAN lub Sigfox.
Baterie w urządzeniach IoT często wystarczają na dziesięć lat lub dłużej, np. te w inteligentnych wodomierzach. Zatem zapewnienie niskiego zużycia energii wymaga czegoś więcej niż tylko zastosowania technologii i podzespołów zużywających mało energii.
Projektowanie urządzeń pod kątem niskiego zużycia energii przeważnie rozpoczyna się od pomysłu na system o niskim zużyciu energii. Pomysł ten wiąże się z wyborem najlepszych technologii komunikacyjnych i podzespołów o niskim zużyciu energii oraz wykorzystaniem ich funkcji oszczędzania energii.
Większość platform przetwarzania i chipów komunikacyjnych ma różne tryby zasilania: aktywny, czuwania, uśpienia i głębokiego uśpienia. Oprócz tego technologie komunikacyjne dostarczają określone funkcje związane ze zużyciem energii w oparciu o wymagane zachowania komunikacyjne, na przykład:
NB-IoT i LTE-M obsługują tryb oszczędzania energii (PSM) i rozszerzone tryby DRX (eDRX). Ponadto, niedawno wprowadzono funkcję wybudzania falami radiowymi.
Bluetooth® Low Energy — technologia o niskim zużyciu energii, która umożliwiła dynamiczną kontrolę zasilania od momentu wprowadzenia Bluetooth®5.2
Wi-Fi 802.11ax obsługuje kilka funkcji oszczędzania energii do zastosowań w IoT, takich jak wybudzanie falami radiowymi.
Testowanie pozwala zoptymalizować projektowanie urządzeń pod kątem niskiego zużycia energii
Zrozumienie tego, w jaki sposób urządzenie zużywa energię, jest bardzo ważne. Na przykład chipy Bluetooth® zwykle mają różne tryby pracy:
- Bezczynność
- Uśpienie
- Głębokie uśpienie
Niektóre z bardzo niskimi wartościami prądu zasilania pobieranego w trybie uśpienia, wynoszącymi tylko kilka mikroamperów i wartościami szczytowymi rzędu kilku miliamperów.
Zatem monitorowanie zużycia energii podczas różnych testów i optymalizacja użycia różnych trybów mają kluczowe znaczenie.
Zasilacz podwójny NGM202 ma cztery zakresy pomiaru prądu i odczyty z rozdzielczością do 6½ cyfry. Te funkcje czynią go idealnym do urządzeń z wysokimi wartościami szczytowymi prądu i niskim zużyciem energii w trybie czuwania.
Niezawodne, bardzo długie działanie na jednej baterii
Baterie używane do zasilania urządzeń o niskim zużyciu energii to kolejny kluczowy czynnik. Baterie mają unikalne właściwości przez cały cykl ich eksploatacji, takie jak gęstość energii i krzywe rozładowania.
Zaawansowane testy są kluczowe na każdym etapie opracowywania urządzenia, aby sprawdzić, czy projekt działa. Testowanie wyznaczy jego oczekiwaną wydajność w całym okresie eksploatacyjnym baterii.
Testowanie urządzenia przez tak długi czas jest prawie niemożliwe, dlatego testy symulacyjne baterii są kluczowe. Linia zasilaczy R&S®NGM200 jest w stanie emulować rzeczywistą wydajność wyjściową baterii, symulując zarówno rozładowywanie, jak i ładowanie
Zasilacz R&S®NGM202 jest w stanie symulować nawet dwie baterie w tym samym czasie.
Zadbaj o najlepszą w swojej klasie wydajność fal radiowych
Producenci muszą zadbać o to, by ich urządzenia bezprzewodowe zapewniały optymalną wydajność fal radiowych dla płynnej komunikacji we wszystkich scenariuszach i lokalizacjach. Wpływ słabej wydajności fal radiowych na zużycie energii często bywa ignorowany.
Technologie komunikacji bezprzewodowej używają różnych metod do rozwiązania problemów z sygnałem:
- Dostosowanie mocy TX
- Przejście na stabilniejszą modulację
- Schematy kodowania, aby rozpocząć ciągłe powtarzanie wiadomości
- Używanie protokołu do powtarzania wiadomości aż do jej pomyślnego przesłania
Wszystkie te metody powodują wzrost zużycia energii. Rachunek jest prosty: przesłanie wiadomości ponad dwukrotnie wydłuża czas emisji i zwiększa zużycie energii. To zwiększenie powoduje, że zweryfikowanie wydajności fal radiowych w nadajniku i odbiorniku jest kluczowe.
Zwłaszcza dla sygnału LoRaWAN wykonanie pomiarów widma jest opłacalne. Sygnały LoRaWAN są obsługiwane w paśmie poniżej 1 GHz, od 125 do 500 kHz.
Zintegrowana funkcja analizy R&S®FPC obsługuje precyzyjne pomiary dla różnego pokrycia LoRa i przepustowości kanału. Dzięki temu można zweryfikować, czy urządzenie zapewnia oczekiwaną moc TX w wymaganym zakresie.
Podsumowanie
Wielu producentów ciągle przekracza granice nowych funkcji swoich produktów zaimplementowanych w urządzeniach przenośnych i zasilanych bateryjnie. W przypadku tych produktów wydłużenie czasu pracy baterii dzięki zminimalizowaniu zużycia energii zdecydowanie odróżnia je od konkurencji, a jednocześnie wydłuża ogólny czas eksploatacji produktu.
Testowanie jest integralną częścią procesu projektowania i umożliwia inżynierom sprawdzenie różnych metod oszczędzania energii, takich jak bramkowanie zegara, bramkowanie mocy i systemy wielonapięciowe.
