可穿戴設(shè)備如何進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)

現(xiàn)在電子產(chǎn)品，特別是最近兩年很火爆的穿戴產(chǎn)品，智能手表等都是鋰電池供電，如果采用同樣容量大小的鋰電池進(jìn)行測(cè)試不難發(fā)現(xiàn)電子產(chǎn)品低功耗做的好的，工作時(shí)間越長(zhǎng)。因此，低功耗設(shè)計(jì)排在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要地位。

最近做穿戴產(chǎn)品設(shè)計(jì)，面臨的第一個(gè)問題就是低功耗設(shè)計(jì)。經(jīng)過這兩天的認(rèn)真分析總結(jié)，將低功耗設(shè)計(jì)的方法總結(jié)，以饗網(wǎng)友。

首先，要明白一點(diǎn)就是功耗分為工作時(shí)功耗和待機(jī)時(shí)功耗，工作時(shí)功耗分為全部功能開啟的功耗和部分功能開啟的功耗。這在很大程度上影響著產(chǎn)品的功耗設(shè)計(jì)。

對(duì)于一個(gè)電子產(chǎn)品，總功耗為該產(chǎn)品正常工作時(shí)的電壓與電流的乘積，這就是低功耗設(shè)計(jì)的需要注意事項(xiàng)之一。

為了降低產(chǎn)品的功耗，在電子產(chǎn)品開發(fā)時(shí)盡量采用低電壓低功耗的產(chǎn)品。比如一個(gè)產(chǎn)品，曾經(jīng)用5v單片機(jī)正常工作，后來又了3.3v的單片機(jī)或者工作電壓更低的，那么就是在第一層次中進(jìn)行了低功耗設(shè)計(jì)，這也就是我們常說的研發(fā)前期低功耗器件選擇。這一般需要有廣闊的芯片涉獵范圍或者與供應(yīng)商有良好的溝通。

其次是模塊工作的選擇控制，一般選擇具有休眠功能的芯片。比如在設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)中，如果某些外部模塊在工作中是不經(jīng)常使用的，我們可以使其進(jìn)入休眠模式或者在硬件電路設(shè)計(jì)中采用數(shù)字開關(guān)來控制器工作與否，當(dāng)需要使用模塊時(shí)將其喚醒，這樣我們可以在整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式時(shí)，關(guān)閉一些不必要的器件，以起到省電的作用，延長(zhǎng)了待機(jī)時(shí)間。一般常用方法：①具有休眠模式的功能芯片②MOS管做電子開關(guān)③具有使能端的LDO芯片。

再次，選擇具有省電模式的主控芯片。現(xiàn)在的主控芯片一般都具有省電模式，通過以往的經(jīng)驗(yàn)可以知道，當(dāng)主控芯片在省電模式條件下，其工作電流往往是正常工作電流的幾分之一，這樣可以大大增強(qiáng)消費(fèi)類產(chǎn)品電池的使用時(shí)間。同時(shí)，現(xiàn)在一些控制芯片具有雙時(shí)鐘的模式，通過軟件的配置使芯片在不同的使用場(chǎng)合使用不同的外部始終從而降低其功耗。這與始終分頻器具有異曲同工之妙，不同之處想必就是BOM的價(jià)格問題。現(xiàn)在火爆的APPLE WATCH就是低功耗的一個(gè)例子：全功能運(yùn)行3-4小時(shí)，持續(xù)運(yùn)行18小時(shí)。

主控芯片或者相關(guān)模塊喚醒的方式選擇。通常進(jìn)過以上的步驟設(shè)計(jì)好了硬件結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)需要省電，在什么時(shí)候進(jìn)入省電模式，這一般在軟件設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)，但是最主要還是需要根據(jù)產(chǎn)品的功能特性來決定了。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入了省電模式，而系統(tǒng)的喚醒也需要控制。一般系統(tǒng)的喚醒分為自動(dòng)喚醒和外部喚醒。

A、自動(dòng)喚醒是使用芯片內(nèi)部的定時(shí)器來計(jì)時(shí)睡眠時(shí)間，當(dāng)睡眠時(shí)間達(dá)到預(yù)定時(shí)間時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行喚醒。這與我們使用的看門狗或者中斷有比較相近之處，不同就是其工作與否的時(shí)序。

B、 外部喚醒就是芯片一直處于一種休眠狀態(tài)，當(dāng)有一個(gè)外部事件(主要是通過接口)來對(duì)芯片進(jìn)行一個(gè)觸發(fā)，則芯片會(huì)喚醒，在事件處理之后消除該觸發(fā)事件而在此進(jìn)入休眠狀態(tài)。因此，根據(jù)系統(tǒng)的特性，就需要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，來決定如何使用睡眠及喚醒，以降低系統(tǒng)的功耗。

最后說說功耗的測(cè)試，功耗測(cè)試分為模塊功耗和整機(jī)功耗，模塊功耗需要測(cè)試休眠時(shí)功耗和工作時(shí)功耗。整機(jī)功耗分為最大負(fù)荷工作時(shí)功耗和基本功能時(shí)功耗和休眠時(shí)功耗。在前期的測(cè)試中我用直接用UI來進(jìn)行測(cè)量，關(guān)于如何進(jìn)行高精度低功耗產(chǎn)品的測(cè)量，在下篇中進(jìn)一步說明。