【導讀】萬wan物wu互hu聯lian的de世shi界jie中zhong，物wu聯lian網wang發fa揮hui著zhe至zhi關guan重zhong要yao的de作zuo用yong
，它ta可ke以yi通tong過guo連lian接jie不bu同tong的de傳chuan感gan器qi節jie點dian將jiang數shu據ju傳chuan輸shu到dao安an全quan服fu務wu器qi。電dian源yuan管guan理li是shi提ti高gao物wu聯lian網wang應ying用yong效xiao率lv的de重zhong點dian環huan節jie之zhi一yi。

在大多數應用中，傳感器節點（數據采集元件）duoyoudianchigongdianqiejunfangzhizaipianyuandequyu。qizhong，dianchishoumingqujueyuchuanganqijiedianshejizhongdianyuancelvedexiaolv。tongchang，chuanganqijiedianchuyuxiumianmoshi，zhiyoujinxingshujucaijishicaihuiqiehuandaojihuomoshi。yincizhexieqijiandezhankongbihendi。weilejinkenengyanchangdianchishouming，jiuxuyaotishengwulianwangyingyongzhongxiumiandianliudexingneng。

物聯網器件中的電源管理

在典型的物聯網係統中（如圖1所示）
，wuxianchuanganqijiediandaduoyoudianchigongdian，yinci，qizishenhuishoudaodianchishoumingdexianzhi。dianyuanguanlizaiyanchangchuanganqijiedianshiyongshijianfangmianqidaoleguanjianzuoyong。zaikaolvruhejieshengchuanganqijiediandianlishi，tongchanghuishejizhankongbizhegegainian。 

圖1.物聯網係統的典型構建模塊

由於串音和空閑偵聽是造成傳感器節點能源浪費的主要來源
，可以從以下三個不同的方麵來評估無線傳感器節點的耗電量：

●   傳感器

●   微控製器

●   無線電操作

傳感器采集溫度、shidudengyuanshishuju，bingjiangqifasonggeiweikongzhiqi。weikongzhiqifuzechuliyuanshishuju，bingtongguowuxianlianlujiangzhexieshujuchuanshudaoyunduanhuoshujuzhongxin。raner，youyudianxingchuanganqiyingyongyunxingshidezhankongbifeichangdi（從0.01%到1%不等），且大部分時間處於空閑狀態，因此，如果電源管理方案采用具有極低休眠電流的傳感器節點將有助於延長電池壽命。 

智能灌溉係統就屬於此類應用
，係統裏麵的傳感器節點可測量土壤濕度且每小時僅收集一次數據。

運輸模式和休眠模式有什麼關鍵作用
？

運輸模式和休眠模式是電池供電物聯網器件中常用的專業術語，也是物聯網應用中電源管理需要考慮的關鍵因素。

運輸模式是一種nanopower狀(zhuang)態(tai)，可(ke)在(zai)產(chan)品(pin)運(yun)輸(shu)階(jie)段(duan)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)。在(zai)運(yun)輸(shu)模(mo)式(shi)下(xia)
，電(dian)池(chi)與(yu)係(xi)統(tong)其(qi)餘(yu)部(bu)分(fen)斷(duan)開(kai)連(lian)接(jie)，以(yi)盡(jin)可(ke)能(neng)減(jian)少(shao)產(chan)品(pin)閑(xian)置(zhi)或(huo)不(bu)使(shi)用(yong)時(shi)的(de)電(dian)力(li)消(xiao)耗(hao)。運(yun)輸(shu)模(mo)式(shi)可(ke)通(tong)過(guo)按(an)鈕(niu)解(jie)除(chu)，以(yi)恢(hui)複(fu)器(qi)件(jian)的(de)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)。 

dangqijianchuyujihuozhuangtaishi，keshiyongxiumianmoshilaiyanchangdianchishouming。zaixiumianmoshixia，xitongsuoyouwaisheyaomeguanbi
，yaomeyizuidigonglvyaoqiuyunxing。wulianwangqijianhuidingqihuanxing，zhixingtedingrenwuhouzhonghuidaoxiumianmoshi。 

通(tong)過(guo)禁(jin)用(yong)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)的(de)各(ge)種(zhong)外(wai)設(she)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)不(bu)同(tong)的(de)休(xiu)眠(mian)模(mo)式(shi)。例(li)如(ru)，在(zai)調(tiao)製(zhi)解(jie)調(tiao)器(qi)休(xiu)眠(mian)模(mo)式(shi)中(zhong)，隻(zhi)有(you)通(tong)信(xin)模(mo)塊(kuai)會(hui)被(bei)禁(jin)用(yong)。在(zai)輕(qing)度(du)休(xiu)眠(mian)模(mo)式(shi)中(zhong)，大(da)多(duo)數(shu)模(mo)塊(kuai)被(bei)禁(jin)用(yong)（包括通信模塊、傳感器模塊和數字模塊等）
，在深度休眠模式中，無線傳感器節點電源完全關閉。 

在傳感器節點中啟用深度休眠模式可以最大限度延長電池壽命
；因此，優化深度休眠電流是提高電池整體壽命的唯一途徑。

在物聯網應用中啟用深度休眠模式的占空比方法 

物(wu)聯(lian)網(wang)模(mo)塊(kuai)中(zhong)的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)是(shi)啟(qi)用(yong)深(shen)度(du)休(xiu)眠(mian)模(mo)式(shi)的(de)常(chang)用(yong)方(fang)法(fa)之(zhi)一(yi)。當(dang)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)處(chu)於(yu)深(shen)度(du)休(xiu)眠(mian)狀(zhuang)態(tai)時(shi)，大(da)多(duo)數(shu)外(wai)設(she)都(dou)處(chu)於(yu)電(dian)源(yuan)關(guan)閉(bi)或(huo)關(guan)機(ji)模(mo)式(shi)，此(ci)模(mo)式(shi)僅(jin)消(xiao)耗(hao)少(shao)量(liang)納(na)安(an)級(ji)電(dian)流(liu)。實(shi)時(shi)時(shi)鍾(zhong)(RTC)等計時器件會在編程設置的超時周期後喚醒物聯網模塊。 

如(ru)果(guo)使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)，微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)會(hui)在(zai)係(xi)統(tong)處(chu)於(yu)深(shen)度(du)休(xiu)眠(mian)模(mo)式(shi)時(shi)完(wan)全(quan)關(guan)閉(bi)。但(dan)是(shi)，在(zai)恢(hui)複(fu)之(zhi)後(hou)
，總(zong)會(hui)涉(she)及(ji)啟(qi)動(dong)時(shi)間(jian)，這(zhe)將(jiang)增(zeng)加(jia)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)延(yan)遲(chi)。鑒(jian)於(yu)這(zhe)些(xie)利(li)弊(bi)得(de)失(shi)，所(suo)提(ti)出(chu)方(fang)法(fa)的(de)效(xiao)果(guo)取(qu)決(jue)於(yu)每(mei)個(ge)節(jie)點(dian)的(de)特(te)性(xing)和(he)應(ying)用(yong)的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)。

深度休眠模式和運輸模式的傳統解決方案：使用RTC、負載開關和按鈕控製器

傳統解決方案通常使用負載開關和RTC來開/關無線傳感器節點的電源。使用這種方法時，隻有負載開關和RTC處於激活狀態，從而將總靜態電流減少到納安級。 

休(xiu)眠(mian)時(shi)間(jian)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)內(nei)的(de)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)進(jin)行(xing)編(bian)程(cheng)設(she)置(zhi)。外(wai)部(bu)按(an)鈕(niu)控(kong)製(zhi)器(qi)可(ke)以(yi)連(lian)接(jie)到(dao)負(fu)載(zai)開(kai)關(guan)以(yi)啟(qi)用(yong)運(yun)輸(shu)模(mo)式(shi)功(gong)能(neng)。外(wai)部(bu)按(an)鈕(niu)用(yong)於(yu)退(tui)出(chu)運(yun)輸(shu)模(mo)式(shi)，使(shi)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)進(jin)入(ru)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)模(mo)式(shi)。

圖2.分立式解決方案框圖

深度休眠和運輸模式改良方案

MAX16163/MAX16164是ADI公司的nanopower控製器，具有開/關控製器和可編程休眠時間特性。該器件集成一個電源開關來選通輸出，可提供高達200mA的負載電流。MAX16162/MAX16163可取代傳統負載開關
、RTC和電池“保鮮(freshness)”IC
，以減少物料清單(BOM)的數量並降低成本。無線傳感器節點單元通過MAX16162/MAX16163連接到電池。休眠時間可通過微控製器進行編程設置
，也可使用PB/SLP與地之間的外部電阻或使用微控製器的I2C命令來設置。外部按鈕用於退出器件的運輸模式。

圖3.使用MAX16163的集成解決方案

解決方案性能比較

兩liang種zhong方fang案an的de性xing能neng比bi較jiao結jie果guo取qu決jue於yu物wu聯lian網wang應ying用yong的de占zhan空kong比bi。對dui於yu占zhan空kong比bi小xiao的de應ying用yong，用yong休xiu眠mian電dian流liu來lai衡heng量liang物wu聯lian網wang器qi件jian運yun行xing時shi的de係xi統tong效xiao率lv
，用yong關guan機ji電dian流liu來lai衡heng量liang運yun輸shu模mo式shi的de耗hao電dian量liang。為wei了le驗yan證zheng該gai解jie決jue方fang案an的de模mo式shi
，ADI選擇了靜態電流最小的RTC MAX31342、電池“保鮮”密封MAX16150和小型負載開關TPS22916。RTC使用I2C通信進行編程，用於設置物聯網應用的休眠時間，當定時器過期時，中斷信號會下拉MAX16150的PBIN引腳。MAX16150將OUT設置為高電平並打開負載開關。在休眠期間
，僅TPS22916、MAX31342和MAX16150會消耗電源係統的電力。

表1.傳統解決方案中不同模塊的電流消耗

圖4.分立式解決方案原理圖

在實驗中
，評估了兩種先進解決方案在固定占空比下的電池使用壽命，比較了傳統解決方案和使用MAX16163的改良方案的性能。 

電池壽命可以用平均負載電流和電池容量來計算。 

平均負載電流可以用係統的占空比來計算。 

有you效xiao電dian流liu是shi指zhi無wu線xian傳chuan感gan器qi節jie點dian處chu於yu激ji活huo狀zhuang態tai時shi的de係xi統tong電dian流liu。為wei比bi較jiao這zhe兩liang種zhong解jie決jue方fang案an，假jia設she係xi統tong每mei兩liang小xiao時shi喚huan醒xing一yi次ci，執zhi行xing特te定ding任ren務wu後hou進jin入ru休xiu眠mian模mo式shi。係xi統tong有you效xiao電dian流liu為wei5mA。電池壽命取決於運行的占空比。圖5顯示了占空比不同的兩種方案的電池壽命圖，占空比從0.005%到0.015%不等。

圖5.無線傳感器節點的電池壽命與占空比的關係

表2.兩種不同解決方案的比較

綜(zong)上(shang)所(suo)述(shu)，本(ben)文(wen)探(tan)討(tao)了(le)在(zai)物(wu)聯(lian)網(wang)器(qi)件(jian)快(kuai)速(su)增(zeng)長(chang)的(de)環(huan)境(jing)下(xia)對(dui)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)管(guan)理(li)的(de)關(guan)鍵(jian)作(zuo)用(yong)。它(ta)表(biao)明(ming)了(le)優(you)化(hua)運(yun)輸(shu)和(he)休(xiu)眠(mian)模(mo)式(shi)是(shi)提(ti)高(gao)電(dian)池(chi)效(xiao)率(lv)的(de)最(zui)佳(jia)途(tu)徑(jing)之(zhi)一(yi)。ADI公司的MAX16163解決方案有助於在設計中更加精確地控製這些功能。與傳統方法相比，該解決方案將電池壽命延長了約20%（針對0.007%的典型占空比操作
，如圖5所示）

，並將解決方案尺寸減小至傳統方案的60%。

關於ADI公司

ADI是全球領先的高性能模擬技術公司
，致力於解決最艱巨的工程設計挑戰。憑借傑出的檢測、測量、電源
、連接和解譯技術
，搭建連接現實世界和數字世界的智能化橋梁，從而幫助客戶重新認識周圍的世界。詳情請瀏覽ADI官網www.analog.com/cn。

關於作者

Suryash Rai自2016年以來一直在ADI公司擔任應用工程師，負責支持保護IC產品組合。他擁有卡納塔克邦國家技術學院的通信工程碩士學位。Suryash目前居住在加州聖何塞，愛好烹飪
、旅行和交友。

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