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MOUSER ELECTRONICS
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- ELETTRONICA OGGI 462 - MAGGIO 2017
NEI DISPOSITIVI INDOSSABILI:
DI PROGETTO
Modalità sleep
La modalità sleep è senza dubbio la prima
opzione presa in considerazione da qualsiasi
sviluppatore impegnato nella realizzazione di
un prodotto a basso consumo. Si tratta di un
aspetto fondamentale soprattutto nei prodotti
indossabili, in quanto di norma non vengono
mai completamente spenti. La maggior parte
di essi, infatti, acquisisce letture periodiche
dei dati rilevati dal sensore e tali informazioni
sono memorizzate fino al momento in cui ver-
ranno inviate oppure trasferite immediatamen-
te. Per questo motivo, è ragionevole prevedere
che il dispositivo entri in uno stato di sleep tra i
periodi di attività. Il dispositivo viene risveglia-
to da un interrupt o da un’azione di tipo fisico
come ad esempio la pressione di un pulsante.
La frequenza con la quale il dispositivo verrà
svegliato dipende dalla particolare applicazio-
ne considerata. Anche nel caso della singola
applicazione, i tempi di sleep possono variare
in modo notevole. Intervalli di sleep di tipo di-
namico sono spesso utilizzati per permettere
al dispositivo di valutare la frequenza più ido-
nea per effettuare le misure. Nel caso di un di-
spositivo per il fitness, questo può svegliarsi
per verificare che vi sia movimento. In caso
affermativo, l’intervallo di tempo tra le misu-
razioni sarà più ridotto, mentre in assenza di
movimento, l’intervallo può essere prolungato
fino alla successiva misurazione, a tutto van-
taggio della durata della batteria.
Comunicazioni tra circuiti integrati
In termini di risparmio energetico, il protocol-
lo di comunicazione tra i dispositivi può ri-
vestire un ruolo di primo piano. Il protocollo
I2C utilizza resistori di pull-up che dissipano
energia, mentre il protocollo SPI, che non pre-
vedere resistori di pull-up, potrebbe rappre-
sentare una scelta migliore. Un altro elemento
che contribuisce alla dispersione di energia
è la capacità dei pin. Per minimizzare questo
fenomeno, occorre ridurre quanto più possibi-
le la quantità di dati da trasferire. Per fare un
esempio sulla quantità di energia che può an-
dare persa, si tenga presente che in un sistema
operante a 20 MHz alimentato da una tensione
di 3,3V, quattro pin con una capacità di 5 pF
assorbiranno una corrente di 660 µA. Questo
valore è determinato dall’equazione I=0,5CVf.
La corrente assorbita sarà data dalla somma
di quella prodotta dai dati inviati e ricevuti, che
può quindi aumentare. L’uso di un circuito inte-
grato ad alto grado di integrazione permette di
ridurre questo valore. Le comunicazioni inter-
ne non sono penalizzate dalla capacità dei pin
pertanto, dal punto di vista dei consumi, è me-
glio integrare più periferiche on-board. RAM e
memorie flash on-chip garantiscono gli stessi
risparmi energetici.
Alimentatori efficienti
Per ottimizzare l’efficienza la scelta di un re-
golatore a commutazione per l’alimentatore a
commutazione è di fondamentale importanza.
Ciò è particolarmente vero per i regolatori
sincroni, dove è possibile raggiungere un’effi-
cienza superiore al 95%. Tuttavia, l’efficienza,
o anche l’efficienza in stand-by, non è neces-
sariamente il fattore più critico. Infatti, è ne-
cessario analizzare la corrente richiesta dal
dispositivo in differenti modalità operative per
determinare il contributo di tali modalità al
consumo di corrente complessivo dopo aver
preso in considerazione l’efficienza del rego-
lare a commutazione per ciascun livello di cor-
rente. Tra i regolatori più interessanti disponi-
bili sul mercato di può annoverare il regolatore
step-down ADP5301 di Analog Devices (Fig. 1).
La corrente di riposo (quiescent current) di
questo regolatore può essere di soli 80 nA in
assenza di commutazione e con il dispositivo
operante in modalità di isteresi. Esso commuta
in “burst mode” per aggiungere carica al con-
densatore di uscita, utilizzando l’induttore per
carichi molto bassi, tornando quindi nello sta-
to di riposo. Il ridotto valore della corrente di
riposo può garantire un’efficienza fino all’80%
(a 1 µA) a seconda delle tensioni di ingresso
e di uscita. In pratica è molto probabile che
i valori raggiungibili siano inferiori a quelli
ottimali, pur restando superiori al 40%. Il di-
spositivo è in grado di erogare una corrente
massima di 0,5A e dispone di un singolo pin
per programmare la tensione di uscita con un