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依靠物联网节点实现电源管理设备的超低功耗性能

电子设计 2019-03-12 08:14 次阅读

“物联网”(IoT)的精确定义各不相同。有些人认为它是现有机器对机器(M2M)市场的合理扩展,可通过互联网实现远程控制和监控。有些人认为该术语包含M2M及更多内容,涵盖了更广泛的网络对象概念,无论是通过互联网还是封闭网络进行通信。然而,随着定义的发展,预计物联网概念将扩大数百万甚至数十亿嵌入式设备和传感器的连接。

物联网预计将刺激远程监控市场的增长,如环境监测,智能城市的交通监控,从工厂到农场的结构传感和工业监测。越来越先进的技术使我们能够轻松便宜地安装新的或增强现有的无线传感器节点,增加了传感器,RF设备和一些智能。

物联网的许多终端节点将是以前未连接的对象,现在能够在常规(可能不经常)的基础上提供少量数据。通过互联网改进对这种更频繁,多样化和众多的传感器数据的访问,将提供对系统和网络状态的更好洞察,改善决策,从而改善我们的生活和节约资源。

超低功耗操作在许多这些远程监控类型的传感器节点中至关重要,特别是随着更多智能和网络功能的增加。这些节点需要免维护,并且可以长时间连续,准确,可靠地运行。许多人将不得不依赖能量收集和/或长寿命电池来供电。它们还需要能够在数据传输之间切换到超低功耗或休眠状态。

极低功耗但更智能的微控制器正在不断发展,以便与网络无线电通信设备一起满足这些要求。电源管理电路是第三个必不可少的元素。请参见下面的图1.

依靠物联网节点实现电源管理设备的超低功耗性能

图1:IoT无线传感器节点依赖于收集的能量,通常需要微控制器,电源转换,电源管理和通信设备,所有这些都在极低的条件下运行功率水平(由德州仪器公司提供)。本文将回顾为物联网节点设计的最先进的智能,超低功耗设备,为了便于说明,参考最新的互补范围。德州仪器。其中包括MSp430F52xx系列微控制器,TPS62740降压转换器,bq25504/5升压充电器和CC2541蓝牙收发器

超低功耗

许多微控制器制造商在他们的产品组合中都有超低功耗器件,具有极低功耗的休眠状态,能够以非常小的能量运行,以纳安为单位。 ARm内核出现在许多供应商的设备中,包括飞思卡尔半导体,意法半导体和德州仪器。其他极低功耗器件供应商包括atmel赛普拉斯半导体,MIcrochip技术,Silicon Labs瑞萨

同样,超低功耗无线电设计随时可用,能够通过网络传输传感器数据,以及根据应用,它可以从纽扣电池,超级电容器或可充电电池充电十年或更长时间。此类设备的制造商包括:Analog Devices,Atmel,Nordic,STMicroelectronics和texas Instruments。

管理这些微量能源以确保传感器节点随时间的可靠,免维护运行需要能够获取和增强的复杂设备或将微瓦的功率转换为毫瓦。设备本身必须是低功率的。该市场的主要参与者包括adi公司,Maxim Integrated Products公司,凌力尔特公司,意法半导体公司和德州仪器公司。

微控制器

让我们采用德州仪器MSP430系列超低功耗16位微控制器,其中包括变体具有选定的功能和外围设备。该器件架构旨在优化便携式应用中的电池寿命,无论是远程无线传感器节点还是智能手机。

MSP430F5249具有四个16位定时器,一个高性能10位adc,两个通用串行通信接口,硬件乘法器,dma比较器和具有报警功能的实时时钟模块。所有时钟有效的功耗在8 MHz,3 V(闪存)或150μA/MHz(Ram)时为2990μA/MHz。待机模式为1.4μA或1.9μA,唤醒时间为3.5μs。关闭模式,在3 V时具有完整的RAM保持为1.1μA,在3 V时的关断模式仅为0.18μA。

MSP430F5239变体提供相同的功能,无需ADC。这些器件集成了128 KB闪存,非常适合需要更大存储器的工业应用,如模拟和数字传感器系统,非常适合远程或危险区域的无线传感器节点。

互联网连接

ti提供一系列无线网络处理器模块,专门用于实现互联网连接,同时为mcu提供最小的软件和内存开销。 CC3000模块是一个完整的平台解决方案,可减少组件数量并简化认证。它附带软件驱动程序,示例应用程序和完整文档,并支持IEEE 802.11b/g。有关使用CC3000和MSP430微控制器设计基本WI-FI应用程序的分步指南,德州仪器(TI)网站。 1 设计人员可以使用德州仪器维基站点上的MSP-EXP430G2 LaunchPAD开发板包找到CC3300基本Wi-Fi示例应用程序。 2

该开发套件提供两个16 MHz MSP430微控制器,用于编程和调试的板载仿真,用于无线连接的附加模块的按钮,LED和插座等。最近发布的LaunchPad评估套件用户指南 3 也可用。

依靠物联网节点实现电源管理设备的超低功耗性能

图2:德州仪器的MSP430G2 Launchpad评估板使用CC3000无线网络处理器电源管理

“超低功耗”的定义随着技术的发展而演变,并且由于存在许多低功耗状态,因此比较器件可能会非常棘手。衡量电源低功率效率的一个有用指标是其静态电流(IQ)。请参阅这篇内容丰富的白皮书,IQ:它是什么,它不是什么,以及如何使用它。 4

为了将收获的能量转换为可用功率,无线传感器节点需要功率管理设备,如降压或降压转换器。 TI推出了TPS62740,旨在为微控制器(如MSP430)和通信设备(如CC3000(Wi-Fi)和CC2541(蓝牙))供电。该降压转换器的目标是300 mA输出电流设计,在有效工作期间仅提供360 nA的静态电流,在待机模式下提供70 nA的静态电流。效率优于90%,低至10μA。这款微型设备采用可充电锂离子电池供电。输出电压可通过四个VSEL引脚选择,范围为1.8至3.3 V,步长为100 mV。

为帮助设计人员评估该器件并测试其操作和功能,TPS62740EVM-186评估板随用户提供指南。该指南介绍了如何设置效率测量,避免常见错误。

对于较低电流设计,TPS6273针对50 mA输出电流电路,在有效工作期间提供370 nA静态电流,在睡眠模式下提供15 nA静态电流,在低于15μA的输出电流下仍能实现90%的效率。

Boost充电器

一种用于从低压输出采集器(如热电发电机或压电设备)提取电力的常用设备,是一种增压充电器集成dc/dc降压转换器。 TI的产品系列包括三款专门针对纳米功率应用的产品,如无电池无线传感器节点。升压转换器还支持各种储能元件,如可充电电池,超级电容器或传统电容器bq25504可以在VIN低至330 mV的情况下启动,然后可以继续将能量降至80 mV。静态电流为330 nA。该器件实现了可编程最大功率点跟踪(MPPT)采样网络,以优化功率到器件的传输。或者,MCU可以提供外部参考电压以产生更复杂的MPPT算法。关于其工作原理的更详细解释可以在之前发布的TechZone文章中找到。 5

评估板bq25504EVM-674,演示了具有电池管理功能的超低功耗升压转换器 - 采用应用,与大多数MCU和3 V纽扣电池兼容。

bq25505升压充电器,具有325 nA的有源静态电流,增加了一个自主电源多路复用器栅极驱动器,可确保在系统需要时提供恒定功率即使没有来自收割机的能量,也要进行操作。可以多路复用两个存储元件,以便为系统负载提供单个轨道。该器件非常适用于可在某些时间利用清除能量的应用,从而延长电池的使用寿命。最后,bq25570增加了降压输出调节,以确保系统提供外部可编程稳压电源。有源静态电流为488 nA,效率优于90%,低至10μA。此外,还有独立的使能信号,允许应用程序控制何时运行稳压输出,或将器件置于超低静态电流睡眠状态,降至5 nA。

结论

大部分内容物联网运动的大规模增长预测将来自各种远程监控应用中智能无线传感器节点的激增。这些节点可能完全或部分依赖能量收集来为超低功率设备提供燃料,这些设备提供所需的智能(MCU),通信(RF网络处理器)和电源管理(增强器和转换器)。

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信息 LC717A10AR是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有16通道电容传感器输入。这使其成为需要许多开关的产品的理想选择。由于校准功能和ON / OFF的判断是在LSI内部自动执行的,因此可以使开发时间更短。每个输入的检测结果(ON / OFF)可以通过串行接口(I C兼容总线或SPI)读出。此外,每个输入的测量值可以作为8位数字数据读出。此外,可以使用串行接口调整增益和其他参数。 检测系统:差分电容检测(互电容型) 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 测量间隔(16个差分输入): 30ms(典型值)(初始配置时), 6ms(典型值)(最小间隔配置)< / li> 用于测量的外部组件:不需要 接口:I C兼容总线或SPI可选。 电流消耗:570μA(典型)(V = 2.8 V),1.3 mA(典型值)(V = 5.5 V) 电源电压:2.6 V至5.5 V < / li> 检测操作:切换...
发表于 04-18 20:26 23次 阅读
LC717A10AR 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

LC717A00AR 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

信息 LC717A00AR是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有8通道电容传感器输入。内置逻辑电路可以检测每个输入的状态(ON / OFF)并输出结果。这使其成为各种开关应用的理想选择。在电源激活期间或环境发生变化时,内置逻辑电路会自动执行校准功能。此外,由于配置了参数的初始设置(例如增益),因此当应用推荐的开关模式时,LC717A00AR可以独立运行。此外,由于LC717A00AR具有与I C和SPI总线兼容的串行接口,因此可以根据需要使用外部设备调整参数。此外,8输入电容数据的输出可以作为8位数据进行检测和测量。 检测系统:差分电容检测(互电容型) 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 测量间隔(8个差分输入): 18ms(典型值)(初始配置时), 3ms(Typ (最小间隔配置) 用于测量的外部元件:不需要 电流消耗:320μA(典型值)(V = 2.8 V), 740μA(典型值)(V = 5.5 V) 电源电压:2.6 V至5.5 V 检测操作:开关 接口:I C兼容总线或SPI可选。...
发表于 04-18 20:26 29次 阅读
LC717A00AR 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

LC717A10AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

信息 LC717A10AJ是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有16通道电容传感器输入。这使其成为需要许多开关的产品的理想选择。由于校准功能和ON / OFF的判断是在LSI内部自动执行的,因此可以使开发时间更短。每个输入的检测结果(ON / OFF)可以通过串行接口(I C兼容总线或SPI)读出。此外,每个输入的测量值可以作为8位数字数据读出。此外,可以使用串行接口调整增益和其他参数。 检测系统:差分电容检测(互电容型) 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 测量间隔(16个差分输入): 30ms(典型值)(初始配置时), 6ms(典型值)(最小间隔配置)< / li> 用于测量的外部组件:不需要 接口:I C兼容总线或SPI可选。 电流消耗:570μA(典型)(V = 2.8 V),1.3 mA(典型值)(V = 5.5 V) 电源电压:2.6 V至5.5 V < / li> 检测操作:切换...
发表于 04-18 20:26 26次 阅读
LC717A10AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

LC717A00AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

信息 LC717A00AJ是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有8通道电容传感器输入。内置逻辑电路可以检测每个输入的状态(ON / OFF)并输出结果。这使其成为各种开关应用的理想选择。在电源激活期间或环境发生变化时,内置逻辑电路会自动执行校准功能。此外,由于配置了参数的初始设置(如增益),因此在应用推荐的开关模式时,LC717A00AJ可以独立运行。此外,由于LC717A00AJ具有与I C和SPI总线兼容的串行接口,因此可以根据需要使用外部设备调整参数。此外,8输入电容数据的输出可以作为8位数据进行检测和测量。 检测系统:差分电容检测(互电容型) 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 测量间隔(8个差分输入): 18ms(典型值)(初始配置时), 3ms(Typ (最小间隔配置) 用于测量的外部元件:不需要 电流消耗:320μA(典型值)(V = 2.8 V), 740μA(典型值)(V = 5.5 V) 电源电压:2.6 V至5.5 V 检测操作:开关 接口:I C兼容总线或SPI可选。...
发表于 04-18 20:26 27次 阅读
LC717A00AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

LB11683H 三相无传感器电机驱动器

信息 LB11683H是一款三相全波电流线性驱动无传感器电机驱动器。它采用无传感器控制系统,无需使用霍尔效应器件。为了实现更安静的运行,LB11683H具有电流软开关电路,是驱动冰箱等冷却风扇电机的理想选择。 电流线性驱动器 内置限流电路 输出级过饱和防止电路 线圈反电动势FG输出 内置热关断电路 节拍锁定防止电路 锁定保护电路 锁定检测输出
发表于 04-18 20:18 27次 阅读
LB11683H 三相无传感器电机驱动器

LA0151CS 环境光传感器,线性电流输出,具有2级增益切换

信息 LA0151CS是一种线性电流输出型照明(环境光)传感器,具有2级增益切换。 极小的封装(1.01 * 1.01 * 0.6 mm) 低功耗(1000 Lux时150uA) IR区无敏感 低增益模式功能(-35 dB)
发表于 04-18 20:17 18次 阅读
LA0151CS 环境光传感器,线性电流输出,具有2级增益切换

QSE259 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC® IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 2次 阅读
QSE259 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE258 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC® IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 0次 阅读
QSE258 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE256 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC® IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 0次 阅读
QSE256 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE159 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE15X 系列是在输出处配有施密特触发器的 OPTOLOGIC® IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅 IC 封装类型:侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色:黑色环氧树脂 还提供透明包装:“C”后缀 匹配发射极:QEE113/QEE123 日光过滤器 高灵敏度 直接的 TTL/LSTTL 接口...
发表于 04-18 20:16 2次 阅读
QSE159 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE257 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC® IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 0次 阅读
QSE257 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE158 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE15X 系列是在输出处配有施密特触发器的 OPTOLOGIC® IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅 IC 封装类型:侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色:黑色环氧树脂 还提供透明包装:“C”后缀 匹配发射极:QEE113/QEE123 日光过滤器 高灵敏度 直接的 TTL/LSTTL 接口...
发表于 04-18 20:16 28次 阅读
QSE158 塑硅光电逻辑光电传感器

QSD2030F 塑料硅光电传感器

信息QSD2030F PIN光电二极管 封装类型: T-1 3/4(5mm透镜尺寸) 宽接收角,40° 日光过滤器 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 高灵敏度 峰值敏感度l = 880nm
发表于 04-18 20:16 23次 阅读
QSD2030F 塑料硅光电传感器

QRD1113 反射对象传感器

信息QRD1113/14反射对象传感器由一个红外发光二极管和一个NPN硅光敏达林顿放大器并排安装在一个黑色塑料外壳中构成。 轴上的发射器辐射和探测器响应都垂直于QRD1113/14的表面。 只有当探测器的视场中出现反射物或反射表面,二极管发出辐射时,光敏达林顿放大器才会作出响应。 光电晶体管输出 无接触表面感测 未聚焦感测扩散表面 紧凑封装 传感器上的日光过滤器
发表于 04-18 20:16 31次 阅读
QRD1113 反射对象传感器

QRE1113 反射对象传感器

信息QRE1113 光电晶体管输出 无接触表面感测 微型封装 时尚设计: 鸥翼式 两种引脚形式选择: 通孔(QRE1113)SMT鸥翼式(QRE1113GR) 两种封装选择: 管状(QRE1113)卷带和卷盘(QRE1113GR)
发表于 04-18 20:16 33次 阅读
QRE1113 反射对象传感器

QRD1114 反射对象传感器

信息QRD1113/14反射对象传感器由一个红外发光二极管和一个NPN硅光敏达林顿放大器并排安装在一个黑色塑料外壳中构成。 轴上的发射器辐射和探测器响应都垂直于QRD1113/14的表面。 只有当探测器的视场中出现反射物或反射表面,二极管发出辐射时,光敏达林顿放大器才会作出响应。 光电晶体管输出 无接触表面感测 未聚焦感测扩散表面 紧凑封装 传感器上的日光过滤器
发表于 04-18 20:15 29次 阅读
QRD1114 反射对象传感器

XTR105-DIE 具有传感器激励和线性化的 4-20mA 电流发送器

信息描述 XTR105 是一款带有两个精准电流源的单片 4-20mV,2 线制电流发送器。 它提供针对铂 RTD 温度传感器和桥、仪表放大器、和一个单集成电路上的电流输出电路的完整电流激励。多用途线性化电流提供一个对 RTD 的第二阶修正,通常可以实现一个 40:1 的线性改进。 仪器放大器增益可针对宽范围的温度或者压力测量进行配置。 整个电流发送器的总体未调整误差足够低以允许在未经调整的情况下用于很多应用。 这包括零输出电流漂移,和非线性。 XTR105 在环路电源电压上运行。特性 低未调整误差 两个精准电流源 线性化 2 线制或者 3 线制远程电阻温度检测器 (RTD) 操作 低偏移漂移 低输出电流噪声 高电源抑制 (PSR) 高共模抑制 (CMR) 宽电源电压...
发表于 04-18 20:10 29次 阅读
XTR105-DIE 具有传感器激励和线性化的 4-20mA 电流发送器

AC1361 CJC传感器

信息产品分类接口和隔离 IOS子系统Additional 6B Resources: Accessories, Backplanes and Power SuppliesSales and Service: North America (SCS Embedded Tech), Rest of World
发表于 04-18 19:15 32次 阅读
AC1361 CJC传感器

AC1345 带CJC传感器的独立模块安装套件

信息产品分类接口和隔离 IOS子系统Additional 3B Resources: Accessories, Backplanes and Power SuppliesSales and Service: North America (SCS Embedded Tech), Rest of WorldDownload a PDF copy of this user manual
发表于 04-18 19:15 32次 阅读
AC1345 带CJC传感器的独立模块安装套件