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低功耗嵌入式系统未来的挑战

发布时间:2021-01-11 责任编辑:wenwei

【导读】如今,低功耗嵌入式系统的创新与电池创新直接相关,从而创造了许多有价值的系统和应用。突破性的低功耗物联网,可穿戴和边缘设备的出现呈指数级增长,并带来了新的系统和IC设计挑战,其中每纳瓦的功耗或每微焦耳的能量都来自电池本身。
 
锂离子电池创建了各种类型的系统,从功率不足1瓦的低功率系统到电压高的高功率系统。这些系统是为从消费者到医疗保健的不同细分市场创建的。通过提供不同形状和不同尺寸的化学组合(例如钴酸锂和磷酸亚铁锂),锂创新不断改进,以适应多种应用。新电池管理解决方案的出现将使AI可以在超低功耗设备中实现。
 
低功耗嵌入式系统
 
每个需要电池充电的低功耗系统都使用USB C充电端口。所有这些都需要电量计设备来确定充电状态并同时保护电池。这些类型的系统需要传感器来检测外界的信息,通常是通过处理信息的微控制器来实现。然后,某种用户界面和通信收发器均由向所有这些模块供电的电源部分管理。
 
设计人员必须保证良好的充电保存期限,快速充电和电池操作自主权。现在,这些低功耗设备越来越小。” Ambatipudi说。
 
这些新一代的低功耗系统中有些与皮肤紧密接触。例如,它们可以戴在耳朵内,并且不会太热。“如果听筒或可穿戴设备变得非常热,那将是不好的体验;必须特别注意热性能。噪声和信号的完整性以及通信质量也是要考虑的重要方面。” Ambatipudi说。
 
设计人员还必须努力避免在首次使用时排出有问题的产品。换句话说,正如Ambatipudi指出的那样,他们必须致力于所谓的“客户满意度”。制造商必须在首次使用时通过提供充足电的设备来满足客户的需求,这要求电池寿命很长,避免不必要的电流损耗。电流是延长电池寿命的关键因素。静态电流微安量级的值可提供超过50个月的寿命。
 
锂离子电池的能量密度正在增加,不像摩尔的抛物线定律那么快,而是呈指数增长。密度的增加还带来许多其他后果,特别是在安全方面。电池隔板越来越薄,某些电池的安全性变得至关重要。由于苛刻的操作条件,实际上会随时间发展小型内部检测,而潜在的制造缺陷会加剧这种情况,从而引起热泄漏条件。因此,燃油表是必要的(图1)。
 
我们都希望更快地为灯具充电。但是,仅通过增加充电器的功率水平是不可能实现快速充电的,因为它还会增加更多的功率消耗,从而实际上会加热设备。效率对于实现快速充电至关重要。
 
在电源管理中,DC-DC在效率方面起着重要作用。设计人员必须根据子系统的外形尺寸,找到一种为所有不同传感器供电的方法,同时要记住电池寿命短和噪声敏感度高。这些元素中的每一个都控制音频放大器,所有传感器和LED显示屏。它们都需要电压电流。但是空间有限。电池寿命很重要,同时低噪音至关重要。因此,您需要开关稳压器,但每个开关稳压器只有一个电感器。通过使用SIMO架构,可以用一个电感器产生多个输出。通过提供多个输出,SIMO方法与控制器的低待机电流一起,延长了可穿戴设计的电池寿命。调节器以最小的损耗提供能量。
 
低功耗嵌入式系统未来的挑战
图1:一段时间内的能量密度
 
低功耗嵌入式系统未来的挑战
图2:SIMO架构
 
电力人工智能
 
将AI推论带到边缘意味着从传感器,相机和麦克风收集数据,将数据发送到云以执行推论,然后将答案发送回边缘。这种架构可以工作,但是由于延迟时间和能源性能差,对于边缘应用程序来说非常具有挑战性。
 
低功耗微控制器提供了一种替代方法,可用于实现简单的神经网络。但是,挑战在于等待时间,只能在边缘执行简单的任务。MAX78000旨在填补这一空白。MAX78000是一种先进的系统级芯片设有一个FPU CPU -M4与超低功耗的深层神经网络加速器高效的系统控制。CNN引擎具有442KB的存储大小,可以支持1位,2位,4位和8位(最多支持350万个权重的网络)。该产品将最节能的AI处理器与Maxim经过验证的超低功耗微控制器相结合。
 
 
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