Energiförbrukning är en viktig prestandaparameter för nästan alla elektronikenheter. Att spara energi är bra för miljön och påverkar avsevärt kostnader, kundupplevelsen och en lösnings livstid.
Låg energiförbrukning är relevant för alla elektronikenheter. Oavsett om det drivs via elnätet, ett stort batteripaket, ett knappcellsbatteri eller från skördad energi.
I takt med att Internet of Things (IoT) växer blir lågeffektdesign mer kritisk. Den förlitar sig på trådlös teknik med låg effekt som Bluetooth® Low Energy, NB-IoT, LoRaWAN eller Sigfox.
Batterier i IoT-enheter håller ofta tio år eller mer, till exempel batterier i smarta vattenmätare. Så att leverera den här typen av låg energiförbrukning involverar mer än bara teknologi och komponenter med låg effekt.
Lågeffektsdesign börjar vanligtvis med ett systemkoncept för lågeffekt. Detta koncept innebär att välja de bästa kommunikationsteknikerna och komponenterna med låg effekt, genom att utnyttja deras energibesparande funktioner.
De flesta processplattformar och kommunikationschip har olika strömlägen: aktiv, standby, sömn och djup sömn. Dessutom tillhandahåller kommunikationsteknik specifika energifunktioner baserat på det kommunikationsbeteende som krävs, till exempel:
NB-IoT och LTE-M har stöd för ett energisparläge (PSM) och utökat DRX (eDRX). Dessutom introducerades väckarklocksfunktionen nyligen.
Bluetooth® Low Energy – en teknik med låg effekt som har möjliggjort dynamisk effektkontroll sedan introduktionen av Bluetooth®5.2
Wi-Fi 802.11ax har stöd för flera energisparfunktioner för IoT-applikationer, till exempel klockradio.
Att testa hjälper till att optimera lågeffektdesign
Att förstå en enhets energiförbrukningsbeteende är mycket viktigt. Till exempel har Bluetooth®-chip vanligtvis olika driftlägen:
- Tomgång (Idle)
- Sömn (Sleep)
- Djup sömn (Deep sleep)
Vissa med mycket låg sömnström på endast några få uA och toppström för överföring på åtskilliga mA.
Därför är det viktigt att övervaka strömförbrukningen under olika tester och optimera användningen av olika lägen.
NGM202 dubbelt nätaggregat har fyra aktuella mätområden och upp till 6½-siffrors upplösning. Dessa funktioner gör dem idealiska för enheter med höga strömtoppar och låg strömförbrukning i standby-läge.
Säkra livstidsdrift med ett enda batteri
Batterier som används för att driva enheter med låg effekt är en annan kritisk faktor. Batterier har unika egenskaper under sin livstid, såsom energitäthet och urladdningskurvor.
Avancerade tester är avgörande i varje utvecklingsfas för att verifiera att designen fungerar. Testerna kommer att avgöra dess förväntade prestanda under batteriets livscykel.
Att testa en enhet under en så lång tid är knappast möjligt, vilket gör batterisimuleringstester nödvändiga. R&S®NGM200-nätaggregatserien kan efterlikna batteriets faktiska uteffekt och simulera både urladdning och laddning
R&S®NGM202 kan till och med simulera två batterier samtidigt.
Säkerställ “bäst-i-klassen” RF-prestanda
Tillverkare måste se till att deras trådlösa enheter ger optimal RF-prestanda för smidig kommunikation i alla situationer på alla platser. Låg RF-prestandas effekt på strömförbrukningen förbises ofta.
Teknik för trådlös kommunikation använder olika tekniker för att hantera signalproblem:
- Anpassa TX-effekten
- Byt till mer robust modulering
- Kodscheman för att starta blind upprepning av meddelanden
- Använd protokollet för att upprepa meddelanden tills överföringen lyckats
Alla dessa tekniska lösningar resulterar i högre energiförbrukning. Matematiken är enkel: att skicka ett meddelande två gånger mer än fördubblar tiden i luften och strömförbrukningen. Denna ökning gör det viktigt att verifiera RF-prestanda i överförings- och mottagningsledet.
Att utföra spektrummätningar är värdefullt speciellt för en LoRaWAN-signal. LoRaWAN-signaler opererar i en sub-GHz-bandbredd mellan 125 kHz och 500 kHz.
Den integrerade R&S®FPC-markörfunktionen har stöd för noggranna mätningar för olika LoRa-spridning och kanalbandbredd. Detta hjälper till att verifiera att enheten levererar förväntat TX-effekt inom nödvändiga gränser.
Sammanfattning
Många tillverkare fortsätter att pressa gränserna för nya funktioner i sina produkter, allt förpackat i bärbara, handhållna och batteridrivna enheter. Det är stor skillnad mellan konkurrenter att förbättra batteriets livslängd i dessa produkter genom att minimera strömförbrukningen, samtidigt som den totala produktens livslängd förbättras.
Att testa är en integrerad del av designprocessen och gör det möjligt för ingenjörer att utforska ett antal energisparande tekniker som klockbegränsning, effektbegränsning och multispänning.
