现代检测低功耗与网络化技术.ppt

现代检测低功耗与网络化技术1概述2、信号调理电路的低功耗设计原则2、信号调理电路的低功耗设计原则2、信号调理电路的低功耗设计原则2、信号调理电路的低功耗设计原则
(2)四种常见调理电路
(c)信号变换电路
例如采用电压/频率变换，以频率调制电压信号，以便电气
隔离和数字化；用交/直流变换提取输入信号的交流参数等
选用原则:优先考虑选用外围元器件少的集成器件的方案。
3、低功耗电源管理技术
动态电源管理设计
电源调整和按负载多方式分时供电
传感器的电源调整
根据负载大小和特点采用多方式供电3低功耗电源管理技术
1）概述
电源管理技术
按时间顺序对电子系统的电流和电压进行控制
电源管理的目的
在不影响性能的基础上将电源有效分配给系统不同组件；尽可能减少不必要的电能消耗，避免浪费。
电源管理实现方案
硬件方案和软件方案
硬件方案：将电源管理策略直接实施到芯片电路中；
将电源管理策略写入固件驱动中，如BIOS。
软件方案:静态电源管理和动态电源管理3低功耗电源管理技术
1）概述
电源管理实现方案
硬件方案：处理器电源管理功能，具体包括三点：
①将处理器划分成不同的性能状态，每个状态对应一定的功耗和性能参数，这样处理器可以根据系统的负载选择满足性能需求的最小功耗的性能状态。
②通过时钟门控电路控制处理器各种端口的电源，防止能量泄漏。
③内部集成温度传感器，根据运行时温度变化动态调整处理器频率和电压。例如TI公司的OMAP处理器，不仅可以根据负载的情况在运行时调整CPU电压、CPU频率，同时还可以通过关闭CPU上一些部件，如高速缓存，可极大地降低系统的功耗。3低功耗电源管理技术
2）动态电源管理设计
电子电路的总能耗是活动能耗与静态能耗之和，活动能耗在电子电路工作或逻辑状态转换时产生，静态能耗是由晶体管漏电流产生的。电子电路的功率为：P=CUdd2fc+UddIq
其中，C为电容；fc为时钟频率；Udd为电源电压；Iq为漏电流;CUdd2fc为活动能耗，UddIq为静态能耗。
晶体管漏电不可控，动态电源管理设计以控制活动能耗为主。
两种管理活动能耗的方法。
(1)时钟选通与调节。当停止电路时钟，活动能耗为零，关闭暂不使用的电路模块的时钟，可减少整个系统的活动能耗。
(2)电压供应选通与调节。如果电路模块的电压为零，则活动能耗与静态能耗都为零，电路模块处于最低能耗状态。将暂不使用的电路模块的电压供应切断或降低，可节能。 3低功耗电源管理技术
2）动态电源管理设计
动态电源管理是在空闲时降低或关闭电路模块的电压或频率，但都会引入额外的电能消耗，甚至高于正常的消耗。
动态电源管理就是要选择一个合适的动态电源管理策略，适时切换电能状态，在最小性能损失下达到节能效果。
三种策略:(a)超时策略;(b)预测策略;(c)随机策略.
3低功耗电源管理技术
3）电源调整和按负载多方式分时供电
(a)传感器的电源调整
目的:满足功能和性能要求+节能；前者包括调压、稳压、负载能力匹配等要求；后者是要求低功耗、高能效。
传感器供电没有标准化，而稳压源有规格，电源必需调整.
电源调整方式:升压、降压、升/降压,自动进入节能模式3低功耗电源管理技术
3）电源调整和按负载多方式分时供电
(b)根据负载大小和特点采用多方式供电
多方式供电:电池直接供电、经过电源调整后供电、处理器I/O口供电等方式，并实现自动选择。

(c)分时供电
多电源分时供电：传感器系统有太阳能或其他能量补给途径时，采用分时供电方式，在有其他能源补给时，断开主供电源-电池的供电，及时充分利用这些辅助能源的补给。3低功耗电源管理技术
3）电源调整和按负载多方式分时供电
(c)分时供电
单电源错峰供电：单电源情况下对多负载采取错峰供电方式例如，无线发射时CPU不做高强度信号处理；A/D转换时,明显增加负载的后续操
作暂缓等。右图为一
种实现节点错峰的模
块顺序工作时序示例。
分时结合多方式供电:
通过电源管理减小电
池的工作电流，提高
电源的整体能效。11/21/202411/21/202411/21/202411/21/20244网络化智能传感器及接口标准
1)网络化智能传感器
(2)网络化传感器的结构
网络化传感器采用标准的网络协议并通过模块化的结构将智能化传感器与网络技术有机地结合起来，其基本结构如下图所示。
4网络化智能传感器及接口标准
1)网络化智能传感器
(3)网络化传感器的类别
11/21/20244网络化智能传感器及接口标准
2)智能传感器接口标准——IEEE1451
(1)IEEE1451概述
IEEE1451功能模型:为提升数据获取、分布式传感与控制功能，以及建立开放式系统，通过系列技术手段把传感器节点设计与网络实现分隔开来，其中包括传感器自识别、自配置、远程自标定、长期自