让IoT传感器节点更省电：一种新筹划令电池寿命延长20%_计划_负载

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图1：物联网系统的范例拓扑图

本文将紧张比拟在船舶模式或就寝模式下，传统办理方案（利用负载开关、RTC和外部按钮掌握器）与改进方案（利用集成办理方案），看看它们谁更省电。
船舶模式与就寝模式
大多数情形下，传感器节点保持在就寝模式或者船舶模式。
我们先来理解一下这两种模式：
（图片来自网络侵删）
船舶模式，可延长产品装运阶段的电池寿命。
在船舶模式下，电池与系统别的部分断开电气连接，以在产品闲置或未利用时将功耗降至最低。
在就寝模式，系统的所有外围设备要么关闭，要么以最低功率哀求运行。
物联网设备定期醒来，实行特界说务，然后返回就寝模式。
通过禁用无线传感器节点的各种外围设备，可以实现不同的就寝模式。
例如，在调制解调器就寝中，仅禁用通信块。
在浅就寝模式下，包括通信块、传感器块和数字块在内的大多数块都被禁用；而在深就寝模式中，无线传感器节点完备断电。
在传感器节点中启用深度就寝模式可以最大化电池寿命；因此，优化深度休眠电流是提高整体电池寿命的唯一方法。
传统节能办理方案：利用RTC、负载开关和外部按钮掌握器
以下是一个示例，其利用传统办理方案来实现传感器节点的节能。
功能模块
型号
RTC
MAX31342
负载开关
TPS22916
外部按钮掌握器
MAX16150
图2：传统办理方案框图
传统办理方案中，负载开关和RTC用于打开/关闭无线传感器节点。
在这种方法中，只有负载开关和RTC（实时时钟芯片）同时浸染，才能使无线节点处于活动状态，从而将总静态电流降落到毫安。
这里的就寝韶光可以通过无线传感器节点内的MCU编程。
外部按钮掌握器可以连接到负载开关，以启用船舶模式功能。
外部按钮将退出船舶模式并进入无线传感器节点正常操作模式。
小贴士：外部按钮掌握器
外部按钮掌握用具有电池“保鲜密封（Battery Freshness Seal）”功能，它是一种微处理器监控电路的功能，外部按钮掌握器在VCC首次上电以前断开备份电池与任何下贱电路的连接。
这能担保备份电池在电路板首次上电利用以前不会放电，因此可延长电池寿命。
干系产品：ADI的 MAX16150
资料来源：ADI电子工程术语定义：电池“保鲜密封”
图 3 ：MAX16150方框图
改进的办理方案
下个示例中，利用了基于ADI MAX16163/ MAX16164 的改进办理方案，该方案取代了传统办理方案的负载开关、RTC和外部按钮掌握器。
图4：利用MAX16163的改进办理方案
MAX16163 / MAX16164是仿照设备的纳米功率掌握器，具有开/关掌握器和可编程就寝韶光功能。
这些器件改进了一个电源开关，用于对输出进行选通，供应可达200mA的负载电流，以简化BOM并降落本钱。
无线传感器节点单元通过MAX16162 / MAX16163连接到电池。
就寝韶光可由MCU编程，也可利用PB/SLP接地的外部电阻器或MCU的I2C命令设置外部只加一个按钮用于退出设备的船舶模式。
两种办理方案性能比较
两种方案的性能比较取决于物联网运用的占空比。
在占空比较小的运用中，就寝电流是衡量物联网设备运行时系统效率的指标，关机电流是衡量船舶模式功耗的指标。
为了演示办理方案的模式，我们选择了具有极小静态电流的RTC MAX31342、外部按钮掌握器MAX16150和微型负载开关TPS22916。
RTC利用I2C通信编程，设置物联网运用程序的就寝韶光，当定时器到期时，中断旗子暗记下拉MAX1615的PBIN引脚，其将输出设置为高并接通负载开关。
在就寝期间，只有TPS22916、MAX31342和MAX16150花费电力系统电源。
表 1：传统办理方案不同功能模块的电流花费
图5：传统办理方案的示意图
在实验中，我们评估了两种最新技能在固定占空比下的寿命，比较了传统办理方案和利用MAX16163的改进办理方案的性能。
可以利用均匀负载电流和电池容量来打算电池的寿命。
可以利用系统的占空最近打算均匀负载电流。
均匀负载电流=事情电流 ╳ D+就寝电流 ╳ (1-D)
为了比较这两种办理方案，假设系统每两小时醒来一次，实行特界说务，然后进入就寝模式。
系统激活电流为5mA。
电池寿命取决于操作的占空比。
下图显示了具有不同占空比的两种方案的电池寿命曲线图，从0.005%到0.015%不等。
图6：无线传感器节点的电池寿命与占空比
表2：两种不同办理方案的比较
ADI的MAX16163办理方案实现了对这些功能进行更精确掌握的设计。
与传统方法比较，它将电池寿命延长了约20%（对付范例的0.007%占空比操作，如图6所示），并将办理方案大小减少到60%。
小贴士：Digi-Key电池续航韶光打算器
这款Digi-Key在线打算小工具，根据电池的标称容量和负载所花费的均匀电流来估算电池续航韶光。
电池续航韶光 = 电池容量 (mAh) / 负载电流(mA)
在以下表格中输入电池容量与设备功耗，即可得到电池巡航韶光。
本文小结
在大多数运用中，电池的寿命取决于我们为传感器节点设计功率策略的效率。
这表明优化船舶模式和就寝模式是提高电池效率的最佳方法之一。
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标签：就寝电池