Mikrodenetleyicinin güç tüketimini azaltmak için saat frekansı nasıl değiştirilir

Geliştiriciler, her zaman yüksek düzeyde işlevsellik ve performans sunarken aynı zamanda pil ömrünü en üst düzeye çıkarmakta zorlanırlar. Ayrıca elektronik ürünler söz konusu olduğunda en önemli özellik pil tüketimidir. Cihazın çalışma süresini artırmak mümkün olduğu kadar az olmalıdır. Güç yönetimi, taşınabilir ve pille çalışan uygulamalarda çok önemlidir. Mikroamper tüketimindeki farklılıklar, ürünün piyasadaki popülerliğini ve markasını artırabilecek veya azaltabilecek aylar veya yıllar süren çalışma ömrüne neden olabilir. Ürünlerdeki artış, pil kullanımının daha verimli şekilde optimize edilmesini gerektiriyor. Günümüzde kullanıcılar, kompakt boyutlu ürünlerle daha uzun pil yedeklemesi talep ediyorlar, bu nedenle üreticiler şüpheli bir görev olan süper uzun pil ömrü ile daha küçük pil boyutuna odaklanıyor. Fakat,geliştiriciler, pil ömrünü etkileyen birçok faktör ve kritik parametrenin üzerinden geçtikten sonra Güç Tasarrufu Teknolojileri geliştirdiler.

Kullanılan mikrodenetleyici, çalışma voltajı, akım tüketimi, ortam sıcaklığı, Çevre durumu, kullanılan çevre birimleri, şarj-şarj döngüleri vb. Gibi pil kullanımını etkileyen birçok parametre bulunmaktadır. pil ömrünü optimize etmek için önce kullanılan MCU'ya odaklanmak. Küçük boyutlu ürünlerde güç tasarrufu söz konusu olduğunda MCU kritik bir parça haline gelir. Bu nedenle, önce MCU ile başlamanız önerilir. Şimdi, MCU farklı güç tasarrufu teknikleriyle birlikte geliyor. Mikrodenetleyicilerde (MCU) Güç Tüketimini en aza indirme hakkında daha fazla bilgi için önceki makaleye bakın. Bu makale, mikro denetleyicideki güç tüketimini azaltmak için önemli parametrelerden biri olan saat frekansını değiştirmeye odaklanmaktadır.Düşük güç uygulamaları için MCU kullanırken dikkat edilmesi gereken.

Mikrodenetleyicilerde Saat Frekansını Neden Değiştirmelisiniz?

Yukarıda bahsedilen birçok parametreden saat frekansı seçimi, güç tasarrufunda çok önemli bir rol oynar. Çalışma, mikrodenetleyicilerin çalışma frekansının yanlış seçilmesinin, önemli oranda (%) pil gücü kaybına neden olabileceğini göstermektedir. Bu kaybı önlemek için, geliştiricilerin mikro denetleyiciyi çalıştırmak için uygun frekans seçimine dikkat etmeleri gerekir. Şimdi, mikrodenetleyici kurulurken frekans seçiminin başlangıçta yapılmasına gerek yoktur, oysa programlama arasında da seçilebilir. İstenen çalışma frekansını seçmek için bit seçimiyle birlikte gelen birçok mikro denetleyici vardır. Ayrıca mikro denetleyici birden fazla frekansta çalışabilir, böylece geliştiriciler uygulamaya bağlı olarak uygun frekansı seçme seçeneğine sahiptir.

Birden fazla frekans seçmenin performansa etkisi nedir?

Hiç şüphe yok ki, çeşitli frekansların seçilmesi mikrodenetleyicinin performansını etkileyecektir. Mikrodenetleyici açısından olduğu gibi, frekans ve performansın orantılı olduğu çok iyi bilinmektedir. Bu, daha yüksek frekansın daha az kod yürütme süresine ve dolayısıyla program yürütme hızının daha yüksek olacağı anlamına gelir. Yani şimdi, eğer frekans değiştirilirse performansın da değişeceği çok açık. Ancak , geliştiricilerin yalnızca mikrodenetleyicinin daha yüksek performansı için tek bir frekansta kalması gerekli değildir.

Düşük veya Yüksek Frekans, hangisini seçmeli?

Mikrodenetleyicinin yüksek performans sağlaması her zaman söz konusu değildir, mikro denetleyicinin orta düzeyde performansına ihtiyaç duyan birkaç uygulama vardır, bu tür uygulamalarda geliştiriciler çalışma frekansını GHz'den MHz'e ve hatta gereken minimum frekansa düşürebilir. mikrodenetleyiciyi çalıştırın. Her ne kadar bazı durumlarda optimum performans gerekli olsa da, FIFO tamponu olmadan harici flaş ADC'leri çalıştırırken veya video işleme ve diğer birçok uygulamada olduğu gibi yürütme süresi de kritik olsa da, bu alanlarda geliştiriciler mikrodenetleyicinin optimum frekansını kullanabilir. Bu tür bir ortamda kullanılsa bile, geliştiriciler doğru talimatı seçerek kod uzunluğunu azaltmak için akıllıca kodlayabilirler.

Örneğin: Eğer 'for' döngüsü daha fazla talimat alıyorsa ve biri for döngüsünü kullanmadan görevi yapmak için daha az bellek kullanan birkaç satır talimat kullanabiliyorsa, geliştiriciler 'for' döngüsünü kullanmaktan kaçınarak birkaç satır talimat kullanabilir..

Mikrodenetleyici için uygun frekansın seçimi, görev gereksinimlerine bağlıdır. Daha yüksek frekans, daha yüksek güç tüketimi ve aynı zamanda daha fazla hesaplama gücü anlamına gelir. Dolayısıyla, esasen frekans seçimi, güç tüketimi ile gerekli hesaplama gücü arasında bir değiş tokuş yapmaktır.

Ayrıca düşük frekansta çalışmanın temel avantajı, düşük RFI (Radyo Frekansı Paraziti) yanında düşük besleme akımıdır.

Besleme Akımı (I) = Hareketsiz Akım (I _q) + (K x Frekans)

İkinci terim hakimdir. Bir mikro denetleyicinin RFI enerjisi o kadar küçüktür ki, filtrelemesi çok kolaydır.

Bu nedenle, uygulamanın hızlı bir hıza ihtiyacı varsa, hızlı çalışma konusunda endişelenmeyin. Ancak güç tüketimi önemliyse, uygulamanın izin verdiği kadar yavaş çalıştırın.

Saat-Frekans Anahtarlama Tekniği

PLL (Faz Kilit Döngüsü) Birimi her zaman yüksek hızda çalışan yüksek performanslı bir MCU'da bulunur. Daha yüksek bir frekans PLL artırır giriş frekansı 8 MHz 32 Mhz, örneğin,. Uygulama için uygun çalışma frekansını seçmek geliştiricinin seçeneğidir. Bazı uygulamaların yüksek hızda çalışması gerekmez, bu durumda geliştiricilerin görevi çalıştırmak için MCU'nun saat frekansını olabildiğince düşük tutması gerekir. Bununla birlikte, PLL birimi içermeyen düşük maliyetli 8 bitlik MCU gibi sabit bir frekans platformunda, işlem enerjisini azaltmak için komut kodunu iyileştirmek gerekir.. Ayrıca, bir PLL ünitesi içeren MCU, MCU'nun veri işleme periyodunda yüksek frekansta çalışmasına ve ardından veri iletim periyodu için düşük frekanslı çalışmaya dönmesine izin veren frekans değiştirme tekniğinin faydalarından yararlanamaz.

Şekil, Frekans Anahtarlama Tekniğinde PLL ünitesinin kullanımını açıklamaktadır.

Saat Yönetimi Çalışma Modlarını Seçme

Yüksek hızlı mikro denetleyicilerden bazıları, Durdurma modu, Güç Yönetimi Modları (PMM'ler) ve Boşta modu gibi farklı saat yönetimi modlarını destekler. Kullanıcının güç tüketimi sırasında cihazın hızını optimize etmesini sağlayan bu modlar arasında geçiş yapmak mümkündür.

Seçilebilir Saat Kaynağı

Kristal osilatör, özellikle düşük güçte çalışma sırasında herhangi bir mikro denetleyicide büyük bir güç tüketicisidir. Durdurma modundan hızlı başlatma için kullanılan halka osilatör, normal çalışma sırasında yaklaşık 3 ila 4 MHz saat kaynağı sağlamak için de kullanılabilir. Güç açıldığında bir kristal osilatöre ihtiyaç duyulmasına rağmen, kristal stabilize olduğunda, cihazın çalışması halka osilatöre geçirilerek 25 mA'ya kadar güç tasarrufu gerçekleştirilebilir.

Saat Hız Kontrolü

Bir mikro denetleyicinin çalışma frekansı, güç tüketimini belirlemede en büyük faktördür. Yüksek Hızlı Mikrodenetleyici ailesi, dahili saati yavaşlatarak veya durdurarak gücü koruyan farklı saat hızı yönetimi modlarını destekler. Bu modlar, sistem geliştiricisinin performans üzerinde minimum etki ile güç tasarrufunu en üst düzeye çıkarmasına olanak tanır.

Uçucu olmayan bellek veya RAM'den yazılım yürütme

Geliştiriciler, mevcut tüketimi tahmin ederken yazılımın geçici olmayan belleklerden mi yoksa RAM'den mi yürütüldüğünü dikkatlice düşünmelidir. RAM'den yürütme, daha düşük aktif akım özellikleri sunabilir; ancak, birçok uygulama yalnızca RAM'den yürütülecek kadar küçük değildir ve programların geçici olmayan bellekten yürütülmesini gerektirir.

Otobüs saatleri etkinleştirildi veya devre dışı bırakıldı

Çoğu mikro denetleyici uygulaması, yazılımın yürütülmesi sırasında belleklere ve çevre birimlerine erişim gerektirir. Bu, veri yolu saatlerinin etkinleştirilmesini ve aktif akım tahminlerinde dikkate alınmasını gerektirir.

Dahili osilatörün kullanılması

Dahili osilatörleri kullanmak ve harici osilatörlerden kaçınmak önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlayabilir. Harici osilatörler daha fazla akım çektikçe daha fazla güç kullanımına neden olur. Ayrıca, uygulamalar daha fazla saat frekansı gerektirdiğinde harici osilatörlerin kullanılması tavsiye edildiğinden, dahili osilatör kullanılması zor bir sınır değildir.

Sonuç

Düşük güçlü bir ürün yapmak, MCU seçimiyle başlar ve piyasada çeşitli seçenekler mevcut olduğunda önemli ölçüde zordur. Frekansın değiştirilmesi güç kullanımı üzerinde büyük etkiye sahip olabilir ve ayrıca iyi bir güç tüketimi sonucu verebilir. Frekansı değiştirmenin ek avantajı, ek donanım maliyetinin olmaması ve yazılımda kolaylıkla uygulanabilmesidir. Bu teknik, düşük maliyetli bir MCU'nun enerji verimliliğini artırmak için kullanılabilir. Dahası, enerji tasarrufu miktarı, çalışma frekansları, veri işleme süresi ve MCU'nun mimarisi arasındaki farka bağlıdır. Normal çalışmaya kıyasla frekans değiştirme tekniği kullanıldığında% 66.9'a varan enerji tasarrufu sağlanabilir.

Günün sonunda, geliştiriciler için, ürünlerin pil ömrünü artırırken artan sistem işlevselliği ve performans hedeflerinin ihtiyaçlarını karşılamak önemli bir zorluktur. Mümkün olan en uzun pil ömrünü sunan veya hatta hiç pil olmadan çalışan ürünleri etkili bir şekilde geliştirmek, hem sistem gereksinimlerinin hem de mikro denetleyicinin mevcut özelliklerinin derinlemesine anlaşılmasını gerektirir. Bu, MCU'nun aktif olduğunda ne kadar akım tükettiğini tahmin etmekten çok daha karmaşıktır. Geliştirilmekte olan uygulamaya bağlı olarak, frekans değişikliği, bekleme akımı, çevresel akım, pil ömrü üzerinde MCU gücünden daha önemli bir etkiye sahip olabilir.

Bu makale, geliştiricilerin MCU'ların frekans açısından nasıl güç tükettiğini anlamalarına yardımcı olmak için oluşturulmuştur ve frekansın değiştirilmesi ile optimize edilebilir.