Consideraciones de diseño de circuitos para sistemas integrados

Los sistemas integrados están diseñados para funcionar solo con fines específicos y están optimizados para cumplir con diferentes parámetros como potencia, rendimiento, costo y tiempo. El diseño de los sistemas integrados está lleno de desafíos, ya que el proceso de diseño del diseño integrado incluye varias actividades de optimización con el requisito de diferentes especificaciones para diferentes condiciones.

El diseño de circuitos de dispositivos electrónicos de consumo como teléfonos móviles, computadoras portátiles y más dispositivos debe construirse de manera que puedan soportar golpes, caídas o sumergirse en el agua sin perder su capacidad operativa.

El desarrollo de los circuitos de los sistemas integrados pasa por diferentes pasos y el diseñador debe reconocer estos requisitos antes de iniciar el proceso de diseño. Ignorar cualquier paso puede conducir a un desarrollo incorrecto del sistema integrado, lo que puede provocar una falla del dispositivo que puede costar grandes gastos después de la fase de diseño final. TronicsZone, una empresa especializada en esta área, recomienda las siguientes prácticas para garantizar el éxito y reducir los riesgos.

Antes de comenzar a trabajar en el diseño de circuitos de los sistemas embebidos, es importante conocer estos dos parámetros:

    Reconocer el presupuesto de energía disponible: Comprender el presupuesto de energía completo para diseñar el sistema integrado lo ayudará a seleccionar los componentes / chips correctos y otros factores necesarios.
    Medición del consumo de energía total: El consumo de energía total de los circuitos se puede deducir con la ayuda de un diagrama de bloques al diseñar el sistema integrado. El uso de un diagrama de bloques ayudará al diseñador a reconocer los componentes principales del circuito y sus límites de consumo de energía. Realice notas de aplicación y hojas de datos dedicadas para obtener esta información sobre los dispositivos.

Los factores mencionados anteriormente ayudarán al diseñador de circuitos del sistema integrado a construir un diseño de circuito integrado de alto nivel para lograr un menor consumo de energía y un alto rendimiento más eficiencia. También ayudará al ingeniero a comprender los requisitos correctos de los chips / componentes y otros parámetros importantes en la fase inicial de diseño del sistema integrado. Para diseñar un sistema integrado eficaz, a continuación se incluye una lista de algunas consideraciones de diseño de circuitos útiles que el diseñador puede utilizar para diseñar las placas del sistema integrado.

Controlar el voltaje de funcionamiento general del circuito

Es importante mantener un voltaje de funcionamiento bajo para la placa de circuito en general porque el consumo de energía está relacionado con el voltaje de funcionamiento. Cuanto mayor sea el nivel de voltaje del circuito, mayor será el consumo de energía, por lo que se recomienda mantener el nivel de voltaje lo más bajo posible. Por ejemplo, si cada chip en el circuito puede llevar el nivel de voltaje hasta 2.7V, entonces el diseñador puede considerar establecer un pequeño margen para el nivel de voltaje particular para la placa de diseño del circuito completo.

Por otro lado, si hay una opción de ahorro de energía adecuada en los circuitos, entonces el diseñador puede cumplir fácilmente con el requisito de más de un riel de alimentación, que es necesario para la placa del sistema integrado, sin embargo, algunos equipos adicionales como traducción digital Se necesitarán chips y un convertidor DC-DC para completar el diseño de la placa.

Mantener la tensión de funcionamiento de los dispositivos que consumen mucha energía

El funcionamiento de los dispositivos electrónicos que consumen mucha energía debe regularse a bajo voltaje, ya que ayudará a minimizar el consumo de energía. Para lograr este paso, se requerirán algunos dispositivos adicionales como el convertidor LDO / DC-DC y el traductor de voltaje externo para hacer una interfaz con diferentes equipos / componentes en los circuitos que funcionan a niveles de voltaje dispares. Antes de realizar este procedimiento, asegúrese de verificar el costo adicional, el esfuerzo, el ahorro de energía y el tiempo de activación que se requerirán en el diseño del circuito.

Elegir los chips y componentes adecuados

La selección de los componentes y chips IC correctos es muy importante cuando se elabora un esquema del sistema integrado, ya que afecta la eficiencia y el rendimiento del dispositivo. También es necesario considerar el presupuesto de consumo de energía completo ya que el consumo de energía tendrá un mayor impacto en el circuito. Por lo tanto, el diseñador debe elegir circuitos integrados con alto / bajo consumo de energía dependiendo del diseño del circuito, si funcionará a un nivel de voltaje alto / bajo. También se deben reconocer otros factores importantes al elegir los componentes y chips para los circuitos.

Uso de varios módulos de interfaz

El diseño del circuito del sistema integrado puede requerir la necesidad de utilizar otros dispositivos prefabricados como sensores, cámaras, módulos de IoT (Bluetooth, WiFi, etc.), interfaces de comunicación RS485 / RS232, etc. Es importante considerar el consumo de energía. de estos dispositivos de interfaz antes de seleccionarlos. Para elegir el tipo correcto de tecnología se puede medir idealmente comparando varios parámetros como el consumo de energía activa, el tiempo de encendido, el consumo de energía ideal de diferentes dispositivos.

Por ejemplo, si el diseñador desea utilizar RF para transferir datos, entonces debe considerar el dispositivo adecuado de WiFi, BLE, ISM RF, Zigbee, etc., que proporcionará una gran experiencia de usuario y consumirá menos energía. La mayoría de las veces, la selección de tecnología incorrecta conduce a dificultades para optimizar el consumo de energía en el diseño del circuito. Por lo tanto, también es importante tener en cuenta estos factores.

Puerta de energía periférica

En el diseño de circuitos electrónicos, el mecanismo de control de la energía se puede integrar para apagar el dispositivo cuando no se está utilizando. Ciertos sistemas integrados utilizan módems de comunicación y mantenerlos ENCENDIDOS durante todo el tiempo podría afectar el gasto desde el punto de vista del consumo de energía. Por lo tanto, es mejor usar el control de encendido ON / OFF para apagar el dispositivo cuando no esté en uso. Otros componentes como sensores, ADC, LCD, etc. deben apagarse cuando tampoco están en uso, ya que ayudarán a reducir el mayor consumo de energía en los circuitos.

Uso de la fuente de alimentación adecuada

Es muy esencial elegir el voltaje de entrada preciso que operará en la placa integrada. El voltaje de entrada es entregado por el adaptador de la fuente de alimentación o la batería; debe medirse correctamente. Si todos los componentes de la placa de circuito funcionan a 3.3 V o 5 V, entonces es mejor usar una entrada de energía de 6 V en lugar de usar una batería de 12/24 V o una entrada de CC, ya que ayudará a evitar la pérdida de energía en los circuitos como energía. La pérdida está directamente relacionada con la diferencia de voltaje.

Para la conversión de voltaje de la placa integrada, el diseñador debe utilizar un convertidor CC-CC de conmutación en lugar de un regulador lineal. Los reguladores lineales operan de manera altamente ineficaz en la conversión de voltaje ya que estos dispositivos en el modo de disipación en el que la potencia es equivalente a la diferencia en el voltaje y la corriente disipada en forma de calor.

Colocación de LED

La ubicación de los LED en la placa integrada puede afectar en gran medida el consumo de energía del diseño del circuito. Un solo LED puede consumir hasta 1-5 mA en el circuito. Por lo tanto, si es necesario utilizar LED a bordo, el diseñador debería intentar reducir los LED. Será mejor si los LED se eliminan por completo si es posible.

De lo contrario, el diseñador debe intentar minimizar el brillo de los LED con la ayuda de una resistencia de alto valor. El ingeniero puede configurar los LED para que parpadeen solo en lugar de hacerlos brillar durante todo el tiempo o mantenerlos APAGADOS hasta que el usuario requiera comunicarse con el dispositivo. Tales enfoques ayudarán a reducir el consumo de energía en el circuito general.

Selección de pantalla derecha

Al seleccionar la pantalla para la placa incorporada, un ingeniero tiene varias opciones para elegir, como pantalla de papel, pantalla de 7 segmentos, OLED, LCD mono gráfico, LCD de caracteres, LCD de vidrio, etc. Dado que la pantalla consume más del 50% al 60% del consumo de energía total, por lo que el diseñador debe elegir la pantalla con cuidado, teniendo en cuenta el presupuesto de consumo de energía total entregado por todo el circuito.

Si ciertamente es obligatorio usar la pantalla con una alta tasa de consumo de energía, entonces el diseñador debe implementar otras técnicas como la pantalla completa, la activación de la luz de fondo, el tamaño de la pantalla, la elección del esquema de color, como el modo de escala de grises u oscuros, que pueden ayudar en minimizar drásticamente el consumo de energía.

Uso de resistencias pull-up

El uso de resistencias pull-up de valores óptimos puede ayudar a reducir el consumo de energía en los circuitos. Las resistencias pull-up se utilizan principalmente para llaves, I2C, etc. Cada resistencia pull-up puede ayudar a ahorrar hasta unos pocos miliamperios. Por lo tanto, el uso de dominadas puede ayudar significativamente a ahorrar energía. Por ejemplo, la resistencia de pull-up de valor 1K drenará hasta 3.3mA que el pull-up de valor 10K, que drenará 330uA cuando opere a 3.3V.

Uso de microcontrolador (MCU)

La selección del microcontrolador adecuado es importante para el diseño de circuitos de los sistemas integrados. Dependiendo del tipo de circuito, la selección de microcontrolador de alto / bajo consumo de energía puede variar. La selección del microcontrolador de bajo consumo de energía es fundamental si el consumo de energía de la MCU es un 20% mayor que el consumo de energía de la placa del sistema integrado.

Por lo tanto, hacer más esfuerzo para elegir la MCU de menor consumo de energía no tendrá mucho impacto en los circuitos. Es importante prestar atención a otros factores que pueden ayudar en el bajo consumo de energía, como el control de energía de los periféricos, establecer el nivel de entrada de los pines de punto flotante en un estado definido alto o bajo, optimizar las estrategias de flujo de código, etc.

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