揭晓CES可穿戴创新产品超长电池续航的秘密
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可穿戴设备无疑是今年年初美国赌城消费电子展(CES)的重头戏之一，不过有分析人士认为，“CES 2014：智能穿戴有热点无亮点”，原因在于没有一款产品能让消费者一见钟情。这算是给可穿戴设备泼了冷水吗?其实，情况并没有这么糟糕。荣获“CES 2014创新设计与工程奖”的Magellan Echo智能运动手表就是一个亮点，因其创新设计及优异续航力(可以在单节CR2032纽扣电池供电条件下运行长达11个月)而脱颖而出。 这听起来有点不可思议，在单节CR2032纽扣电池供电条件下运行长达11个月!并且性能还远超过其他同类设备，也就意味着Echo并不是通过牺牲性能而换取超低功耗。莫非是能量不守恒了?当然不是!Silicon Labs(芯科实验室有限公司)在中国的核心代理商世强产品经理Steven Zhang向我们揭开了极长电池续航背后的秘密。 EFM32——全球最高能效32位Cortex-M MCU是幕后英雄 “基于ARM Cortex-M3内核的32位Giant Gecko MCU在运动手表Echo的能效方面扮演着极其关键的角色。通过优化Giant Gecko MCU的五种不同能耗模式以及利用MCU的低功耗传感器接口(LESENSE)和外设反射系统(PRS)实现他们的超低功耗目标。这些特性使得节能且自治的外设可以在没有CPU参与的情况下处理定时和传感器控制。” Steven解释道。 Giant Gecko MCU属于Silicon Labs的壁虎系列，在超低功耗MCU的阵营中，小壁虎的名头可是响当当的。不过，大家有没有思考过，类似这样的一个电子产品，为什么叫了一个小动物的名字? 图1. EFM32为什么叫小壁虎? 原来，在自然界中，壁虎的能量消耗仅为和它同样大小的哺乳动物的10%。而与现今市场上排在前10位的其他低功耗微控制器的性能比较后证明，EFM32 微控制器消耗的能量仅为其他同类8-bit、16-bit 或32-bit 微控制器的四分之一。这等同于使典型的3V纽扣电池的寿命延长了至少300%或者说是7年。总之，EFM32 MCU就像这可爱的小壁虎一样，在微控制器领域，堪称省电的王者。 低功耗等于高能效吗? 为了实现高能效的目标，EFM32打破了微控制器的设计惯例，采用了截然不同的设计方式。 “目前业界有太多的号称业界最低功耗的MCU，但是EFM32并没有强调低功耗，而是主打最高能效的概念，这是因为低功耗并不等于高能效，而我们的最终目的是要实现超长电池续航，高能效才是实现这一最终目标的关键。” Steven指出。 功耗和能耗是两个截然不同的概念，功耗只是表征某一个时间点的瞬间电流的大小，而能耗等于功耗和时间的乘积，如下图2所示。一个系统是否省电，就要看它的整体能耗是否足够低。 图2. 功耗和能耗的关系。 工作模式功耗，待机模式功耗，占空比是决定MCU能效的三个关键参数。 一个系统的总能耗等于工作模式能耗和待机模式能耗的和。实际应用中，待机模式的能耗都会远远低于工作模式的能耗，而一般的MCU，在这两种模式下的能耗，基本上是固定的，而为了省电，我们最常采用的方法，就是在保证产品正常功能的前提下，尽量缩短工作模式的占空比。那么，有没有更好的方法呢? 如下图3所示，这里有四种颜色的框，分别代表四个不同的MCU在执行同一段功能程序时的功耗情况。从图中可以看到，绿色框表示的MCU所代表的工作曲线很特别，不仅在睡眠模式的功耗更低，执行速度和唤醒时间更快，特别是在工作模式下的功耗还多次出现大幅度的降低，而其他三个MCU在工作模式的整个过程都是一个平行的曲线，功耗基本上是固定的，从整体能耗来看，绿色的MCU很明显比其他3个MCU更省电。这就是绿色框表示的EFM32所能够带来的高能效的结果。 图3. 四个不同的MCU在执行同一段功能程序时的工作曲线 EFM32高能效的10 个因素 Silicon Labs 节能型 EFM32 32位微控制器优于现有的低功耗 MCU ——在此，我们着重强调实现这一性能的 10 个因素。如下图4所示，这10个因素包括：1.极低的工作模式功耗;2.减少处理时间;3.快速唤醒时间;4.超低待机电流;5.外设自主操作;6.PRS——外围反射系统;7.设计良好的能耗模式;8.节能外围设备;9.LESENSE——低功耗传感器接口;10.Simplicity Studio 和高级能耗监控模块。 |
