低功耗、精准检测、超长待机,物联网设备助力实现“双碳”目标

发布时间:2023-09-22  

在实现“碳达峰”和“碳中和”的“双碳”目标过程中,广泛存在的设备是一个重要抓手。根据市场研究机构IoT Analytics发布的报告显示,2022年全球连接数达到143亿;预计到2023年,这一数量将再增长16%,达到160亿个。

本文引用地址:

1695182670236910.png

图1:全球设备统计及未来预测

(图源:IoT Analytics)

归纳起来,物联网可以从三个方面帮助各行业实现“双碳”目标。其一是通过智能物联来实现降能增效,在这个理念下,老设备和新设备都将会被逐步接入到物联网系统中;其二是通过无源物联网让更多的应用免受电池供电的限制,在减少电池原材料消耗的同时,进一步提升物联网在各行业的渗透率;其三是物联网帮助实现新能源系统的高效管理,从能源源头降低碳排放。

在这三大举措中,布设物联网方案应用将会用到各种各样的节能技术,也就会用到种类丰富的电子元器件。本文我们将围绕贸泽电子官网在售的、优秀的电子元器件展开,看看哪些类型的元器件将会在“双碳”进程中发挥重要作用和价值。

能够快速部署的低功耗物联网很关键

如上所述,通过智能物联来实现降能增效,已经成为各行各业未来发展的趋势和共识。以前,建筑、工业、交通等领域的设备存在能耗数据不完整、信息独立等问题,不仅管理难度很大,且存在明显的能源浪费问题。物联网的出现很好地解决了这个问题,通过对数据的采集、存储、传输、分析和决策,做到能源管理的可视化、信息化,进而实现节能减排。

物联网方案架构大致分为三层,分别是应用层、服务层和网络层。其中,应用层主要是各种设备,然后是设备互联组成的系统;服务层又分为建模服务层和通信基础服务层,主要是用于实现系统应用方案的构建,包括网络、底层协议和硬件等;网络层顾名思义就是提供设备间互联的网络通讯。

通过上述部署,就能够打破原有系统内的信息孤岛问题,实现统一部署和统一管理,然后找到关键节点逐步优化系统的能耗。

当然,在具体的方案开发过程中,有两点是非常重要的:在设备之间额外加入的物联网系统需要具备低功耗的属性,以此避免给系统造成额外的能耗负担;物联网系统需要具备易于开发的特性,防止新增加的系统出现二次信息孤岛的情况。

针对这两点,我们以贸泽电子官网在售的一款无线MCU来展开说明。该器件来自制造商Texas Instruments(TI),贸泽电子官网上该器件的料号为CC2652P74T0RGZR。

19.png

图2:CC2652P74T0RGZR

(图源:贸泽电子)

CC2652P74T0RGZR是一款多协议无线MCU,属于TI SimpleLink MCU平台的一部分。该器件支持的协议包括Thread、Zigbee、Matter、蓝牙5.2低功耗、IEEE 802.15.4、支持IPv6的智能对象(6LoWPAN)、TI 15.4-Stack(2.4GHz)和通过动态多协议管理器(DMM)驱动器实现的并发多协议,因此能够适用于丰富的物联网应用场景。

CC2652P74T0RGZR在低功耗和稳定性方面做了针对性增强。该器件具有系统性低功耗性能,支持3.10mA有源模式,运行CoreMark时的功耗表现为65µA/MHz。在保持144KB RAM时,具有0.9µA的低待机电流。该器件还支持0.1µA关断模式,可设置引脚唤醒。

另外,CC2652P74T0RGZR还具有基于Arm Cortex-M0打造的4KB SRAM的自主MCU,作为超低功耗的传感器控制器,能够快速唤醒进入低功耗运行,完成采样、存储和处理传感器数据的工作。这款传感器控制器2MHz模式下为29.2µA,24MHz模式下为799µA。

1695182643940111.png

图3:CC2652P74T0RGZR系统框图

(图源:TI)

CC2652P74T0RGZR能够长期保证物联网系统的稳定运行。该器件具有低SER(软错误率)FIT(时基故障),可延长运行寿命。同时,器件内搭载的SRAM奇偶校验功能始终开启,可更大程度地降低因潜在辐射事件导致的损坏风险。TI制定了产品生命周期政策,以保证包括CC2652P74T0RGZR在内的产品能够拥有10至15年或者更久的产品生命周期。

当然,在保证低功耗和耐久性的同时,CC2652P74T0RGZR并没有牺牲系统性能和易用性。该器件拥有功能强大的48MHz Arm Cortex-M4F处理器、704KB闪存程序存储器和256KB ROM。具有高效的内置PA,在2.4GHz频带中TX支持+10dBm(21mA)和+20dBm(101mA)的输出功率。CC2652P7的接收灵敏度为-104dBm(对于125kbps的低功耗蓝牙编码PHY)。

作为SimpleLink MCU平台的一部分,CC2652P74T0RGZR的易用性也是毋庸置疑的。这一MCU平台包括Wi-Fi、低功耗蓝牙、Thread、Zigbee、Wi-SUN、Amazon Sidewalk、MIOTY、Sub-1GHz MCU和主机MCU。CC2652P74T0RGZR具体属于可扩展产品系列(闪存为32KB至704KB)的一部分,具有引脚对引脚兼容的封装选项。

通过CC13xx和CC26xx软件开发套件(SDK)及SysConfig系统配置工具,SimpleLink MCU平台内的器件可支持灵活的迁移。此外,丰富的软件栈、应用示例和SimpleLink Academy培训课程则能够帮助用户大幅缩短开发周期。

基于上述优势性能,电网基础设施、楼宇自动化、零售自动化、个人电子产品和医疗应用等领域的物联网用户,都能够享受CC2652P74T0RGZR带来的低功耗无线通信和高级传感功能。

能耗精准检测让高耗能设备无所遁形

系统部署完成之后,工作并没有结束,此后物联网方案实际上还是处于一个动态的优化过程中,其中一个监测和优化项就是功耗。

在“双碳”目标下,各行业部署物联网系统并非只是简单地让设备联网,还需要具备很多智能化的能力,进而在整个大系统下打造很多小系统,包括基于物联网技术实现的能耗监测系统。

能耗监测系统目前已经非常成熟,比如在智能工厂里,空调、通风、照明、产线设备等基本都会被监测,然后通过云平台对各类型设备进行精准监测和分析,以持续性降低系统运行的成本,实现降能增效的目标。

目前,在物联网系统中,能耗监测系统的部署已经非常深入,细节到每一个子系统都会被监测到,那么这其实是非常考验系统内元器件的能力的。接下来,我们为大家推荐一款适用于低功耗系统监视的高精度电压检测器,同样是来自制造商TI,贸泽电子官网上该器件的料号为TPS37AB7806FDSKRQ1。

21.png

图4:德州仪器TPS37xx低功耗高精度电压检测器(图源:贸泽电子)

TPS37AB7806FDSKRQ1是一款低功耗、高精度、小型化的双通道电压检测器。该器件上的SENSE1和SENSE2引脚在输入时具有滞后特性,可抑制短小毛刺脉冲,从而确保输出操作稳定而无错误触发。

TPS37AB7806FDSKRQ1提供可调感测的输入特性,通过搭配一个外部电阻分压器配置来实现。具体表现为,当SENSE1或SENSE2输入上的电压低于下降阈值时,OUT1或OUT2相应降为低电平。当SENSE1或SENSE2上升到高于上升阈值时,OUT1或OUT2相应变为高电平。

TPS37AB7806FDSKRQ1具有2µA(典型值)的超低静态电流,能够提供一套精准、高精度且节省空间的电压检测解决方案,适用于低功耗系统监视。

1695182607460610.png

图5:TPS37AB7806FDSKRQ1典型应用电路

(图源:TI)

除了应用于DSP、微控制器和微处理器等系统电路的低功耗系统监视,TPS37AB7806FDSKRQ1还可用于便携式医疗设备、楼宇自动化、固态硬盘、便携式充电设备等领域。同时,TI TPS37xx-Q1系列通过了AEC-Q100认证,也可用于汽车应用。

低待机功耗物联网方案是大势所趋

在“双碳”目标下,致力于低功耗设计的元器件一方面是要降低系统的运行功耗,另一方面也要延长系统的待机时长,并以极低的功耗让系统进入待机状态。从物联网的角度来讲,系统并非时时都在进行外部通信,很多时候系统一直都在等待触发电源的指令,不执行任何功能,这个时候降低待机功耗对降低系统总功耗帮助巨大。

就以MCU来说,很多时候为了降低待机功耗,MCU在待机状态下不仅是CPU停止工作,程序状态字PSW累加器、ACC以及全部的通用寄存器等通常都会被冻结以降低待机功耗。同时,外围的配套电路也需要做配合。

下面介绍的这款器件便是用于打造极低待机功耗的设备,来自制造商ROHM Semiconductor,贸泽电子官网该器件的料号为BD9B500MUV-E2。

23.png

图6:BD9B500MUV-E2

(图源:贸泽电子)

BD9B500MUV-E2是ROHM Semiconductor BD9x集成式MOSFET DC-DC降压转换器中的一款。该系列器件是内置功率MOSFET的同步降压开关稳压器,提供从1A至6A的电流范围,采用恒定导通时间控制系统,提供快速瞬态响应,从而实现了低电感下的高振荡频率。这些器件采用原始的恒定导通时间控制方法,轻负载时的功耗较低。

1695182567717842.jpg

图7:ROHM Semiconductor BD9x集成式MOSFET DC-DC降压转换器典型应用电路

(图源:ROHM Semiconductor)

综合上述性能优势,ROHM Semiconductor BD9x集成式MOSFET DC-DC降压转换器非常适合打造需要极低待机功耗的设备,待机电流为0µA(典型值)至10µA(极大值)。同时,该系列器件提供丰富的保护功能,包括过流保护、短路保护、热关断保护、欠压闭锁保护等。

在“双碳”目标下

物联网未来大有可为

上述内容主要围绕应用端做分析,实际上正如开篇提到的,在能源供给一侧,物联网的价值也是不可估量的。国际能源署在新的《可再生能源市场更新报告》中指出,由于政策支持、化石燃料价格上涨、太阳能和风能发电项目的积极推进,预计2023年全球可再生能源装机容量将新增1/3,明年全球可再生能源发电量将继续增长。

借助能源供应端和市场应用端巨大的需求,未来的物联网方案部署空间是巨大的,同时物联网技术也会成为能源供给中的关键技术,进而帮助各个行业完成自己的“双碳”目标。

文章来源于:电子产品世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>