超低功耗智能和物联网电源管理装置
时间：10-02
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精确定义的物联网（物联网）不同。一些人认为这是一个合乎逻辑的延伸现有的机器对机器（M2M）市场，使远程监控通过互联网。一些认为拥抱M2M和物联网，覆盖更广泛的概念，无论是通过互联网或封闭的网络通信。然而，定义的发展，物联网概念的预测，以增殖的数以百万计，甚至数十亿的嵌入式设备和传感器的连接。
物联网预计将刺激增长，在远程监控市场，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控。越来越先进的技术使我们能够安装新的，或提高现有的，无线传感器节点容易和便宜，与另外一个传感器，射频设备和一些情报。
许多物联网终端节点将以前未连接的对象，现在能够提供少量的有规律的数据，也许是罕见的基础。改进的访问，通过互联网，这更频繁，变化和大量的传感器数据，将提供更好的洞察系统和网络状态，提高决策，从而提高我们的生活和节约资源。
超低功耗的操作是非常重要的，在许多这些远程监控类型的传感器节点，特别是随着更多的智能和网络能力的增加。这些节点需要维护自由，并连续运行，准确，可靠的长时间。许多人将不得不依靠能量收集电源和/或长寿命电池。他们还需要能够切换到超低功耗或休眠状态之间的数据传输。
非常低的功率，但更聪明，微控制器正在不断发展，以满足这些要求，与网络的无线通信设备。电源管理电路是第三要素。见下图1。
图1：物联网的无线传感器节点，依靠收获的能量，通常需要一个微控制器，功率转换，电源管理和通信设备，所有工作在极低的功率水平
本文将回顾国家的最先进的智能，超低功耗的设备设计的物联网节点，以说明性的目的，以最新的补充范围从德克萨斯仪器。这些包括微控制器的msp430f52xx范围的TPS62740 Buck变换器，bq25504 / 5升压充电器CC2541蓝牙收发器。
超低功耗
在他们的投资组合，超低功耗器件有许多微控制器制造商，具有极低的功耗的休眠状态，并能操作从能量的量很少，测量纳安。ARM内核出现在很多厂商的设备，其中包括飞思卡尔半导体，意法半导体和德克萨斯仪器。非常低的功率器件的其他厂商包括Atmel、Cypress半导体芯片技术，Silicon Labs，瑞萨。
同样，超低功耗射频设计都是现成的，可通过网络，发送传感器数据，根据不同的应用，可以运行十多年从一个纽扣电池，超级电容器或充电电池加上从能源收获。这些设备的厂商包括：模拟设备，ATMEL，北欧，意法半导体，德克萨斯文书。
管理这些微量的能量来确保可靠的，随着时间的推移，传感器节点的免维护运行，需要复杂的设备，可以获得提升或转换到毫瓦毫瓦的电力。设备本身必须是低功耗的。在这个市场的主要参与者包括模拟设备，集成产品，线性技术，意法半导体，德克萨斯文书。
单片机
让我们以16位超低功耗单片机MSP430的德克萨斯文书，其中包括与选定的功能和外设集的变种。该器件的结构设计，以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或智能手机。
的msp430f5249功能四个16位定时器，一个高性能的10位ADC，两个通用串行通信接口、硬件乘法器、DMA、比较器和报警功能的实时时钟模块。所有的时钟消耗有功功率为2990μ/ MHz的频率为8 MHz，3 V（Flash）或150μ/兆赫（RAM）。待机模式1.4μ一或1.9μ一醒来，与3.5μ美国关闭模式，完整保留1.1μRAM在3 V和0.18μ在3 V.关机模式
的msp430f5239变异提供相同的功能，没有ADC。128 KB闪存纳入，这些设备需要更大的内存工业应用的理想选择，如模拟和数字传感器系统，并适合在偏远或危险区域的无线传感器节点。
互联网连接
补充超低功率微控制器，TI提供了一系列的无线网络处理器模块，专门为单片机最小的软件和内存开销实现互联网连接。的CC3000模块是一个完整的平台解决方案来减少元件数量和减轻认证。它的软件驱动程序，示例应用程序和完整的文档，并支持IEEE 802.11b/g。
图2：德克萨斯仪器msp430g2 LaunchPad评估板采用CC3000无线网络处理器模块。
电源管理
“超低功耗”的定义与技术的发展，比较设备可以是棘手的，因为有一些低功耗的状态。一个有用的衡量一个电源的功率效率是它的静态电流（智商）。看到这个信息的白皮书，智商：它是什么，它不是什么，以及如何使用它。
将收获的能量转化为可用的电源，无线传感器节点需要一个电源管理设备如降压或降压转换器。设计功率等微控制器MSP430单片机和通信设备如CC3000（Wi-Fi）和CC2541（蓝牙），TI推出了TPS62740。针对300 mA输出电流设计，该降压转换器只提供360钠在积极运作静态电流和70 nA待机模式。效率优于90%到10μ这微小器件工作于可充电锂离子电池。输出电压可选择通过VSEL引脚四的范围内，从1.8到3.3 V在100 mV的步骤。
帮助设计师评估装置和测试它的操作和功能，这tps62740evm-186评估板提供一个用户指南。该指南解释了如何建立有效测量，避免常见错误。
对于低电流设计，该tps6273针对的是50毫安的输出电流电路，提供370 nA的静态电流在积极运作和15 nA的睡眠模式，同时还实现了90%的效率在输出电流低于15μA.
升压充电器
从低压输出收割机提取功率比较普遍的一种装置，如热电发电机或压电器件，是一个集成的DC / DC降压转换器升压充电器。TI的范围包括三个专门针对所谓的纳米功率应用，如电池的无线传感器节点。升压转换器还支持多种储能元件，如充电电池、超级电容器或常规电容器。
的bq25504可以开始与输入电压为330 mV的低，然后继续收获能量降低到80 mV。静态电流为330。该装置实现了一个可编程的最大功率点跟踪（MPPT）采样网络的力量传递到装置的优化。另外，外部参考电压可由单片机提供产生一个更复杂的MPPT算法。更详细的解释它如何工作可以在先前发布的文章5区。
评估板上，bq25504evm-674，展示了超低功耗升压转换器和电池管理能量收集应用，与大多数微控制器和3 V的硬币电池兼容。
bq25505升压的充电器，主动静态电流325 nA，增加了一个自主电源多路复用器的栅极驱动，保证恒功率时，系统需要的操作，即使没有能量可从收割机。双存储元件可以被多路复用，以提供一个单一的铁路系统负载。该装置是理想的应用场合对能源可以利用一些时间，从而延长电池的使用寿命。
最后，该bq25570增加降压输出调节保证系统具有外部可编程稳压电源。活跃的静态电流为488 nA和效率优于90%到10μA.此外，有独立的使能信号，允许应用程序控制运行时调节输出，或把装置在超低静态电流的睡眠状态，到5 nA。
结论
物联网运动的大量增长预测来自于智能无线传感器节点在远程监控应用范围内的扩散。这样的节点有可能完全依赖于能量收集燃料的超低功耗设备，提供智能（单片机），通信（射频网络处理器）和功率管理（升压和转换器）所需的。
物联网预计将刺激增长，在远程监控市场，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控。越来越先进的技术使我们能够安装新的，或提高现有的，无线传感器节点容易和便宜，与另外一个传感器，射频设备和一些情报。
许多物联网终端节点将以前未连接的对象，现在能够提供少量的有规律的数据，也许是罕见的基础。改进的访问，通过互联网，这更频繁，变化和大量的传感器数据，将提供更好的洞察系统和网络状态，提高决策，从而提高我们的生活和节约资源。
超低功耗的操作是非常重要的，在许多这些远程监控类型的传感器节点，特别是随着更多的智能和网络能力的增加。这些节点需要维护自由，并连续运行，准确，可靠的长时间。许多人将不得不依靠能量收集电源和/或长寿命电池。他们还需要能够切换到超低功耗或休眠状态之间的数据传输。
非常低的功率，但更聪明，微控制器正在不断发展，以满足这些要求，与网络的无线通信设备。电源管理电路是第三要素。见下图1。
图1：物联网的无线传感器节点，依靠收获的能量，通常需要一个微控制器，功率转换，电源管理和通信设备，所有工作在极低的功率水平
本文将回顾国家的最先进的智能，超低功耗的设备设计的物联网节点，以说明性的目的，以最新的补充范围从德克萨斯仪器。这些包括微控制器的msp430f52xx范围的TPS62740 Buck变换器，bq25504 / 5升压充电器CC2541蓝牙收发器。
超低功耗
在他们的投资组合，超低功耗器件有许多微控制器制造商，具有极低的功耗的休眠状态，并能操作从能量的量很少，测量纳安。ARM内核出现在很多厂商的设备，其中包括飞思卡尔半导体，意法半导体和德克萨斯仪器。非常低的功率器件的其他厂商包括Atmel、Cypress半导体芯片技术，Silicon Labs，瑞萨。
同样，超低功耗射频设计都是现成的，可通过网络，发送传感器数据，根据不同的应用，可以运行十多年从一个纽扣电池，超级电容器或充电电池加上从能源收获。这些设备的厂商包括：模拟设备，ATMEL，北欧，意法半导体，德克萨斯文书。
管理这些微量的能量来确保可靠的，随着时间的推移，传感器节点的免维护运行，需要复杂的设备，可以获得提升或转换到毫瓦毫瓦的电力。设备本身必须是低功耗的。在这个市场的主要参与者包括模拟设备，集成产品，线性技术，意法半导体，德克萨斯文书。
单片机
让我们以16位超低功耗单片机MSP430的德克萨斯文书，其中包括与选定的功能和外设集的变种。该器件的结构设计，以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或智能手机。
的msp430f5249功能四个16位定时器，一个高性能的10位ADC，两个通用串行通信接口、硬件乘法器、DMA、比较器和报警功能的实时时钟模块。所有的时钟消耗有功功率为2990μ/ MHz的频率为8 MHz，3 V（Flash）或150μ/兆赫（RAM）。待机模式1.4μ一或1.9μ一醒来，与3.5μ美国关闭模式，完整保留1.1μRAM在3 V和0.18μ在3 V.关机模式
的msp430f5239变异提供相同的功能，没有ADC。128 KB闪存纳入，这些设备需要更大的内存工业应用的理想选择，如模拟和数字传感器系统，并适合在偏远或危险区域的无线传感器节点。
互联网连接
补充超低功率微控制器，TI提供了一系列的无线网络处理器模块，专门为单片机最小的软件和内存开销实现互联网连接。的CC3000模块是一个完整的平台解决方案来减少元件数量和减轻认证。它的软件驱动程序，示例应用程序和完整的文档，并支持IEEE 802.11b/g。
图2：德克萨斯仪器msp430g2 LaunchPad评估板采用CC3000无线网络处理器模块。
电源管理
“超低功耗”的定义与技术的发展，比较设备可以是棘手的，因为有一些低功耗的状态。一个有用的衡量一个电源的功率效率是它的静态电流（智商）。看到这个信息的白皮书，智商：它是什么，它不是什么，以及如何使用它。
将收获的能量转化为可用的电源，无线传感器节点需要一个电源管理设备如降压或降压转换器。设计功率等微控制器MSP430单片机和通信设备如CC3000（Wi-Fi）和CC2541（蓝牙），TI推出了TPS62740。针对300 mA输出电流设计，该降压转换器只提供360钠在积极运作静态电流和70 nA待机模式。效率优于90%到10μ这微小器件工作于可充电锂离子电池。输出电压可选择通过VSEL引脚四的范围内，从1.8到3.3 V在100 mV的步骤。
帮助设计师评估装置和测试它的操作和功能，这tps62740evm-186评估板提供一个用户指南。该指南解释了如何建立有效测量，避免常见错误。
对于低电流设计，该tps6273针对的是50毫安的输出电流电路，提供370 nA的静态电流在积极运作和15 nA的睡眠模式，同时还实现了90%的效率在输出电流低于15μA.
升压充电器
从低压输出收割机提取功率比较普遍的一种装置，如热电发电机或压电器件，是一个集成的DC / DC降压转换器升压充电器。TI的范围包括三个专门针对所谓的纳米功率应用，如电池的无线传感器节点。升压转换器还支持多种储能元件，如充电电池、超级电容器或常规电容器。
的bq25504可以开始与输入电压为330 mV的低，然后继续收获能量降低到80 mV。静态电流为330。该装置实现了一个可编程的最大功率点跟踪（MPPT）采样网络的力量传递到装置的优化。另外，外部参考电压可由单片机提供产生一个更复杂的MPPT算法。更详细的解释它如何工作可以在先前发布的文章5区。
评估板上，bq25504evm-674，展示了超低功耗升压转换器和电池管理能量收集应用，与大多数微控制器和3 V的硬币电池兼容。
bq25505升压的充电器，主动静态电流325 nA，增加了一个自主电源多路复用器的栅极驱动，保证恒功率时，系统需要的操作，即使没有能量可从收割机。双存储元件可以被多路复用，以提供一个单一的铁路系统负载。该装置是理想的应用场合对能源可以利用一些时间，从而延长电池的使用寿命。
最后，该bq25570增加降压输出调节保证系统具有外部可编程稳压电源。活跃的静态电流为488 nA和效率优于90%到10μA.此外，有独立的使能信号，允许应用程序控制运行时调节输出，或把装置在超低静态电流的睡眠状态，到5 nA。
结论
物联网运动的大量增长预测来自于智能无线传感器节点在远程监控应用范围内的扩散。这样的节点有可能完全依赖于能量收集燃料的超低功耗设备，提供智能（单片机），通信（射频网络处理器）和功率管理（升压和转换器）所需的。