物联网(IoT)逐渐将真实世界的“类比”事件转变成网路型态的动作与反应。连线的物联网节点可监控类比事件,并在发生需要通报的事件时,即时透过网际网路将其平移至云端,让应用程式得以着手处理。
其中一种重要的物联网应用程式,即为用电池供电的传感器。这些传感器安装于不使用电源线供电的区域,在监控事件的同时也以无线方式与物联网通讯。在多数情况下,这类无线传感器产品通常仰赖电池供电,且须随时保持开启状态,并支援无线网路通讯协定、MCU,以及至少一个类比传感器。
目前面临的挑战,是必须透过单一电池或电源,让产品感测环境的时间延至最长。这类应用程式中的许多典型MCU通常会唤醒MCU核心及各种周边设备,以进行感应测量(图1)。当有必须通报的事件时,MCU会随即回报,然后恢复工作周期程序。而这会消耗大量电力,降低电池寿命,因为“整个MCU”(包括周边设备)都必须运作,且会使用不必要的核心处理效能。
低耗能传感器介面添效率
这项理想的解决方案势必得锁定上述各种问题加以解决,亦即在使用单一电池电源的情况下尽可能延长时间,使产品能充分感测所处环境。因此,以电池供电的物联网传感器装置将能提供:
1.自主节能系统,以便落实传感器管理与测量。
2.可个别设定的传感器输入/输出、临界值与各传感器组态。
3.可设定的低功耗逻辑引擎,仅在必要时机唤醒MCU。
4.低功耗存储器,可缓冲多个测量作业,延长唤醒CPU的间隔时间。
5.低功耗无线效能。
由于电池供电无线传感器应用的重要性,Silicon Labs积极研发节能的无线MCU传感器技术。Gecko MCU便是以节能为目标,提供多种重要系统,可更有效率地长时间运作。
Gecko与Wireless Gecko(合称为“Gecko MCU”)使用低功耗传感器介面(LESENSE)、周边反射系统(PRS)以及其他节能技术,可让装置在低功耗的状态下运作,同时让核心与多数MCU进入“深度睡眠”模式。
本文提供LESENSE的介绍。周边反射系统(PRS)可让多个不同周边设备轮替运作,无需核心干预。以上各个必要条件结合其他优势,便能有效发挥节能效益(表1)。
LESENSE为应用弹性高的传感器介面与系统,可自主持续管理及监测最多16部电阻式、电容式或电感式传感器,同时让整体晶片维持“深度睡眠”模式,并让核心(CPU)维持关闭状态。
LESENSE包括定序器、统计与比较区块、可设定的解码器及RAM区块,可用于设定组态及储存测量结果。
.定序器
可运作低频震荡器,透过PRS处理与其他周边设备的互动,并安排传感器的工作周期与测量。
.统计与比较区块
可统计定序器的脉冲,并将此资讯与可设定的临界值相互比较,以完成高阶测量。
.解码器/状态机
可接收传感器测量结果,并根据多达16个可设定的状态及相关动作采取行动。
系统完整降低CPU/MCU唤醒时间
在外部事件超过传感器临界值时唤醒CPU并非创新概念。本质上,这会将图1的固定MCU工作周期调动为单一事件;当类比事件超过指定临界值时,系统便会唤醒MCU并执行各种动作。然而,LESENSE的独特之处在于拥有完整的传感器系统,在排除CPU介入及尽量减少MCU运作的情况下,管理并监控传感器与相关周边设备。
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