εταιρικά νέα για Βελτιστοποίηση Ισχύος και Απόδοσης για Μικρο-Οθόνες Εξαιρετικά Χαμηλής Ισχύος

Για τους μηχανικούς που σχεδιάζουν την επόμενη γενιά φορητών συσκευών, φορητών ιατρικών οθονών ή αισθητήρων IoT,Η οθόνη είναι συχνά ο μεγαλύτερος καταναλωτής της πολύτιμης ενέργειας που αποθηκεύεται σε μια συμπαγή μπαταρίαΗ επιλογή μιας οθόνης δεν αφορά μόνο το μέγεθος και την ανάλυση, είναι μια κρίσιμη απόφαση προϋπολογισμού ισχύος που μπορεί να κάνει ή να καταστρέψει τη λειτουργική ζωή ενός προϊόντος και την εμπειρία του χρήστη.

Αυτό το άρθρο εξετάζει μια θεμελιώδη πρόκληση σχεδιασμού:μεγιστοποίηση του λειτουργικού χρόνου λειτουργίας μιας συσκευής που τροφοδοτείται από μπαταρία με την εφαρμογή προηγμένων τεχνικών διαχείρισης της ενέργειας για τη μικροεπιφάνησή της.Θα χρησιμοποιήσουμε τοSFTO114JY-7422AN, μια μονάδα LCD TFT 1,14 ιντσών απόΗ Saef Technology Limited, ως το τεχνικό μας θεμέλιο για να δείξουμε πώς να διαχειριστείτε έξυπνα την ενέργεια χωρίς να συμβιβάσετε τη χρηστικότητα.

Η βασική πρόκληση: Η οθόνη ως συστατικό που απαιτεί μεγάλη ισχύ σε ένα σύστημα με περιορισμένη ισχύ

Το δελτίο δεδομένων για το SFTO114JY-7422AN αποκαλύπτει δύο βασικές καταστάσεις ισχύος που αποτελούν τη βάση της στρατηγικής βελτιστοποίησης μας:

1. Ενεργός τρόπος:ρεύμα λειτουργίας γιαΔΕΔ(λογική) είναι 8 mA (τύπος), και το ενιαίο λευκό φως LED τραβάει 20 mA (τύπος).

2. Τρόπος αναπαραγωγής (Αναπαραγωγή):Το ρεύμα VDD πέφτει δραματικά σε μόλις15 μA (τύπος.), και VDDIO (συνδέσμευση)5 μA (τύπος.).

Για έναν σχεδιαστή συστήματος, το πρόβλημα είναι σαφές:

• Με το φως του φόντου στο μέγιστο φωτεινότητα (400 cd/m2), η οθόνη από μόνη της μπορεί να αντλήσει ~ 28 mA. Σε μια συσκευή που τροφοδοτείται από μια κυψέλη κέρματος 500mAh, η συνεχής λειτουργία θα εξαντλούσε την μπαταρία σε λιγότερο από18 ώρες.

• Μια αφελής εφαρμογή που απλά αφήνει την οθόνη πλήρως αναμμένη θα οδηγήσει σε χαμηλή διάρκεια ζωής της μπαταρίας, δυσαρέσκεια του χρήστη και συχνούς κύκλους επαναφόρτισης ή αντικατάστασης της μπαταρίας.

Η λύση δεν έγκειται στην εξεύρεση μιας οθόνης χαμηλότερης ισχύος (αν και η αποτελεσματικότητα βοηθά), αλλά στην εφαρμογή ενόςπερίπλοκο, πολυεπίπεδο σύστημα διαχείρισης ενέργειαςπου επιθετικά αξιοποιεί τις χαμηλές καταστάσεις ενέργειας που παρέχει το υλικό.

Το πλαίσιο βελτιστοποίησης: μια πολυεπίπεδη στρατηγική

Προχωρώντας πέρα από τον βασικό έλεγχο "ενεργοποίησης/ξεκλεισμού", προτείνουμε μια ιεραρχική προσέγγιση στη διαχείριση της ενέργειας, χρησιμοποιώντας τις προδιαγραφές του SFTO114JY-7422AN ως οδηγό μας.

Τμήμα 1: Επικεντρωμένη στο υλικό πύλη ισχύος και έλεγχος

Αυτό το στρώμα περιλαμβάνει τη χρήση των πινών ελέγχου υλικού της οθόνης και των εξωτερικών κυκλωμάτων για την ελαχιστοποίηση της στατικής σπατάλης ενέργειας.

• Χρησιμοποιήστε πλήρη κατάσταση ύπνου:ΗST7789V διασταυρωτής IC οδηγούΥποστηρίζει μια βαθιάΚοιμήσουΌταν εκδίδεται, ο εσωτερικός ταλαντωτής, τα κυκλώματα σάρωσης και οι μετατροπείς DC/DC κλείνουν, μειώνοντας το ρεύμα σε μικροάμπερ.Εφαρμόστε αυτόματο timeout στο firmware σαςΜετά από περίοδο αδράνειας του χρήστη (π.χ. 30 δευτερόλεπτα), η MCU υποδοχής πρέπει να στείλει την εντολή SLEEP IN μέσω SPI,στη συνέχεια, προαιρετικά ενεργοποιήστε τις καρφίτσες SPI ή ρυθμίστε τις σε κατάσταση υψηλής αντίστασης για να αποφευχθεί η διαρροή.

• Ευφυής εξασθένιση του φώτου πίσω:Το φως του φόντου είναι ο κυρίαρχος καταναλωτής ενέργειας.PWM (Pulse Width Modulation)Αυτό σας επιτρέπει να ρυθμίζετε δυναμικά τη φωτεινότητα με βάση το περιβάλλον (χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα) ή το πλαίσιο.Μειώνοντας τη φωτεινότητα από 100% σε 50% μπορεί να μειωθεί σχεδόν στο μισό το ρεύμα του φώτουΤο δελτίο στοιχείων είναι τυπικό για τηνV_BLΗ ισχύς 3,0V σε 20mA επιβεβαιώνει μια τυποποιημένη LED κίνηση κατάλληλη για έλεγχο PWM.

• Διαχείριση τροχιάς:Η ενότητα χρησιμοποιεί ξεχωριστόΔΕΔ(2.4-3.3V) καιΔΕΔΔΙΟΑν η MCU λειτουργεί σε λογική 1.8V, ρυθμίστε το VDDIO σε 1.8V. Αυτό μειώνει την ταλάντευση τάσης στις γραμμές SPI (SDA, SCL, RS, CSΒεβαιωθείτε ότι ο σχεδιασμός της παροχής ενέργειας σας χρησιμοποιεί υψηλής απόδοσης, χαμηλής ακινησίας LDO ή ρυθμιστές διακόπτη.

Τμήμα 2: Διαχείριση δυναμικού περιεχομένου με βάση το firmware

Αυτό το στρώμα επικεντρώνεται στη μείωση του ενεργειακού κόστους της ενημέρωσης της οθόνης.

• Τροποποιημένη ενημέρωση οθόνης (εάν υποστηρίζεται):Ενώ το ST7789V σε αυτή τη διαμόρφωση μπορεί να μην υποστηρίζει προηγμένη μερική ενημέρωση όπως ορισμένοι ελεγκτές ηλεκτρονικού χαρτιού, μπορείτε ακόμα να ελαχιστοποιήσετε τις ενημερώσεις πλήρους καρέ.Ανανεώστε την οθόνη μόνο όταν οι πληροφορίες που εμφανίζονταιαλλαγές. Αποφύγετε την εφαρμογή κινούμενων στοιχείων UI που ενεργοποιούν μια επανατύλιξη 60 Hz. Μια στατική ή αργή ενημέρωση της διεπαφής είναι πολύ πιο αποτελεσματική.

• Βελτιστοποίηση της επικοινωνίας SPI:Χρησιμοποιήστε την υψηλότερη επιτρεπόμενη ταχύτητα ρολογιού SPI για να ολοκληρώσετε γρήγορα τις μεταβιβάσεις μπουφέρα καρέ, και στη συνέχεια επιστρέψτε το MCU και το περιφερειακό SPI σε κατάσταση χαμηλής ισχύος.Όσο πιο γρήγορα το σύστημα κοιμάταιΟμάδα εμφανίζει ενημερώσεις αντί να στέλνει μικρές εντολές συχνά.

• Εφαρμόστε την ευαισθητοποίηση για την κατάσταση εμφάνισης:Το λογισμικό σας θα πρέπει να διατηρεί μια μηχανή κατάστασης για την οθόνη:Ενεργός -> Απαπασχόλησης (φωτισμός μειωμένος) -> Κοιμή (αποστέλλεται εντολή SLEEP IN)Η αλληλεπίδραση του χρήστη (π.χ. ένα πατηματικό κουμπιού ή ένα συμβάν αφής) ξυπνά την οθόνη μέσω της ακολουθίας μιας εντολής εξόδου και της αύξησης του φώτου.

Τμήμα 3: Αρχιτεκτονικές αποφάσεις σε επίπεδο συστήματος

Αυτό περιλαμβάνει τη λήψη υψηλού επιπέδου επιλογών σχεδιασμού που επηρεάζουν την ισχύ της οθόνης.

• Επιλογή MCU υποδοχής:Συνδυάστε την οθόνη με ένα MCU εξαιρετικά χαμηλής ισχύος που διαθέτει βαθιά κατάσταση ύπνου και μπορεί να ξυπνήσει γρήγορα μέσω διακοπής.και η επιστροφή στον ύπνο θα πρέπει να είναι εξαιρετικά βελτιστοποιημένη.

• Ο ρόλος του αγγίγματος:Η προσθήκη μιας οθόνης αφής (CTP ή RTP) αυξάνει την κατανάλωση ενέργειας.ένα καλά υλοποιημένο χωρητικό χειριστήρα αφής μπορεί να λειτουργεί σε λειτουργία ψηφοφορίας χαμηλής ισχύος και να ξυπνά το σύστημα μέσω διακοπής μόνο με άγγιγμαΓια την απόλυτη εξοικονόμηση ενέργειας σε συσκευές που είναι πάντα ανοιχτές, σκεφτείτε να χρησιμοποιήσετε ένα φυσικό κουμπί για να ξυπνήσετε την οθόνη αντί για έναν αισθητήρα αφής που είναι πάντα ενεργός.

• Διάταξη τάσης:Εάν η τάση της μπαταρίας του συστήματος σας μειωθεί με την πάροδο του χρόνου (π.χ. σε ένα ενιαίο κύτταρο Li-ion από 4,2V σε 3,0V), βεβαιωθείτε ότι οι ρυθμιστές ισχύος της οθόνης σας μπορούν να χειριστούν το πλήρες εύρος.Το ευρύ εύρος εισόδου VDD του SFTO114JY-7422AN (2.4V-3.3V) είναι συμβατή με τέτοιες καμπύλες εκφόρτισης.

Υπολογισμός της Επιπτώσεως: Ένα Πρακτικό Παράδειγμα

Σενάριο:Μια φορητή συσκευή με μπαταρία 200mAh.

• Κακή εφαρμογή:Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας =200mAh / 28mA ≈ 7,1 ώρες.

• Βελτιωμένη εφαρμογή:Η οθόνη είναι ενεργή το 10% του χρόνου (μέσος όρος 2,8 mA), σε κατάσταση ύπνου 90% (μέσος όρος 0,015 mA).Σοβαροποιημένο μέσο ρεύμα= (0,1 * 28mA) + (0,9 * 0,015mA) ≈20,8 mA.

• Αποτελέσματα:Διάρκεια ζωής της μπαταρίας =200mAh / 2.8mA ≈ 71 ώρες (σχεδόν 3 ημέρες)Αυτή η 10 φορές βελτίωση είναι εφικτή με έξυπνο firmware.

Προσθέτοντας Ένταση Χωρίς να Θυσιάζετε την Αποδοτικότητα

Ενώ το SFTO114JY-7422AN είναι μονάδα μόνο για οθόνη, οι διαδραστικές εφαρμογές είναι κοινές.Η Saef Technology LimitedΓια σχεδιασμούς ευαίσθητους στην ενέργεια:

• Αντίσταση επαφής (RTP):Καταναλώνει μηδενική ενέργεια μέχρι να πιεστεί, ιδανικό για απλή, περιστασιακή αλληλεπίδραση.

• Καθημερινή λειτουργία:Μπορεί να ρυθμιστεί με μεγαλύτερα διαστήματα σάρωσης σε λειτουργία αδρανής λειτουργίας, ξυπνώντας το κύριο MCU μόνο μετά από έγκυρη ανίχνευση αφής, διατηρώντας τον συνολικό προϋπολογισμό ισχύος.

Συμπέρασμα: Διαχείριση ενέργειας ως χαρακτηριστικό

Στην φορητή και φορητή ηλεκτρονική, η διάρκεια ζωής της μπαταρίας είναι ένα βασικό σημείο πώλησης.Οι μηχανικοί μπορούν να ξεκλειδώσουν βελτιώσεις κατά σειρά μεγέθους στον χρόνο λειτουργίας της συσκευής..

ΗSFTO114JY-7422AN 1,14 ιντσών TFT LCD μονάδαΤο σύστημα αυτό, με τα σαφώς καθορισμένα ρεύματα στάσης και την τυποποιημένη διεπαφή ελέγχου SPI, παρέχει μια εξαιρετική πλατφόρμα υλικού για την εφαρμογή μιας τέτοιας εξελιγμένης διαχείρισης ισχύος.Οι προδιαγραφές του δίνουν στους μηχανικούς τα ακριβή δεδομένα που χρειάζονται για ακριβή μοντέλα ζωής της μπαταρίας.

Έτοιμοι να σχεδιάσετε ένα προϊόν που ξεχωρίζει για την εξαιρετική διάρκεια ζωής της μπαταρίας; Κατεβάστε το πλήρεςSFTO114JY-7422AN Δελτίο δεδομένων.pdfΕδώ για να ξεκινήσετε τον προϋπολογισμό ενέργειας σας, και συμβουλευτείτε τους μηχανικούς εφαρμογής στοΗ Saef Technology Limitedγια να συζητήσουμε την ενσωμάτωση μιας λύσης αφής με βελτιστοποιημένη ισχύ προσαρμοσμένης για την εφαρμογή σας με εξαιρετικά χαμηλή ισχύ.