- 마이크로 컨트롤러에서 클록 주파수를 수정하는 이유는 무엇입니까?
- 여러 주파수를 선택하면 성능에 어떤 영향이 있습니까?
- 저주파 또는 고주파 중 어느 것을 선택해야합니까?
- 클록 주파수 스위칭 기술
- 시계 관리 작동 모드 선택
- 비 휘발성 메모리 또는 RAM에서 소프트웨어 실행
- 내부 발진기 사용
- 결론
개발자는 항상 높은 수준의 기능과 성능을 제공하는 동시에 배터리 수명을 최대화하는 데 어려움을 겪습니다. 또한 전자 제품에서 가장 중요한 특징은 배터리 소모입니다. 장치 작동 시간을 늘리는 것은 가능한 한 적어야합니다. 전원 관리는 휴대용 및 배터리 구동 애플리케이션에서 매우 중요합니다. 마이크로 암페어 소비량의 차이는 수개월 또는 수년의 작동 수명으로 이어질 수 있으며 이는 시장에서 제품의 인기와 브랜드를 높이거나 낮출 수 있습니다. 제품의 증가는 배터리 사용의보다 효율적인 최적화를 요구합니다. 오늘날 사용자는 제품의 컴팩트 한 크기로 더 긴 배터리 백업을 요구하므로 제조업체는 매우 긴 배터리 수명으로 더 작은 배터리 크기에 초점을 맞추고 있습니다. 그러나,개발자들은 배터리 수명에 영향을 미치는 여러 요인과 중요한 매개 변수를 검토 한 후 절전 기술을 생각해 냈습니다.
사용 된 마이크로 컨트롤러, 작동 전압, 전류 소비, 주변 온도, 환경 조건, 사용 된 주변 장치, 충전-충전주기 등과 같이 배터리 사용량에 영향을 미치는 많은 매개 변수가 있습니다. 스마트 제품이 시장에 출시되는 추세에 따라 매우 중요합니다. 먼저 사용되는 MCU에 집중하여 배터리 수명을 최적화합니다. MCU는 소형 제품의 전력 절약에있어 중요한 부분이됩니다. 따라서 먼저 MCU로 시작하는 것이 좋습니다. 이제 MCU에는 다양한 절전 기술이 제공됩니다. 마이크로 컨트롤러 (MCU)의 전력 소비 최소화에 대한 자세한 내용은 이전 문서를 참조하십시오. 이 기사에서는 마이크로 컨트롤러의 전력 소비를 줄이는 중요한 매개 변수 중 하나 인 클럭 주파수를 수정하는 데 중점을 둡니다.저전력 애플리케이션에 MCU를 사용할 때주의해야합니다.
마이크로 컨트롤러에서 클록 주파수를 수정하는 이유는 무엇입니까?
위에서 언급 한 많은 매개 변수 중에서 클럭 주파수 선택은 전력 절약에 매우 중요한 역할을합니다. 이 연구에 따르면 마이크로 컨트롤러의 작동 주파수 를 잘못 선택하면 배터리 전력의 상당한 비율 (%) 손실이 발생할 수 있습니다. 이러한 손실을 방지하기 위해 개발자는 마이크로 컨트롤러를 실행하기 위해 적절한 주파수를 선택해야합니다. 이제는 마이크로 컨트롤러를 설정하는 동안 초기에 주파수 선택을 수행 할 필요가 없지만 프로그래밍 사이에서도 선택할 수 있습니다. 원하는 작동 주파수를 선택하기 위해 비트 선택과 함께 제공되는 많은 마이크로 컨트롤러가 있습니다. 또한 마이크로 컨트롤러는 여러 주파수에서 실행될 수 있으므로 개발자는 애플리케이션에 따라 적절한 주파수를 선택할 수 있습니다.
여러 주파수를 선택하면 성능에 어떤 영향이 있습니까?
다양한 주파수를 선택하면 마이크로 컨트롤러의 성능에 영향을 미친다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 마이크로 컨트롤러와 마찬가지로 주파수와 성능이 비례한다는 것은 잘 알려져 있습니다. 이는 주파수가 클수록 코드 실행 시간이 줄어들어 프로그램 실행 속도가 빨라짐을 의미합니다. 이제 주파수가 변경되면 성능도 변경된다는 것이 매우 분명합니다. 그러나 개발자가 마이크로 컨트롤러의 더 높은 성능을 위해 하나의 주파수를 고수 할 필요는 없습니다.
저주파 또는 고주파 중 어느 것을 선택해야합니까?
마이크로 컨트롤러가 고성능을 제공해야하는 경우가 항상있는 것은 아닙니다. 마이크로 컨트롤러의 적당한 성능을 필요로하는 여러 애플리케이션이 있습니다. 이러한 유형의 애플리케이션에서 개발자는 작동 주파수를 GHz에서 MHz로, 심지어 필요한 최소 주파수로 낮출 수 있습니다. 마이크로 컨트롤러를 실행하십시오. 일부 경우에 최적의 성능이 필요하고 FIFO 버퍼없이 외부 플래시 ADC를 구동하거나 비디오 처리 및 기타 여러 애플리케이션에서 실행 시간이 중요하지만 이러한 영역에서 개발자는 최적의 마이크로 컨트롤러 주파수를 사용할 수 있습니다. 이러한 환경에서 사용하더라도 개발자는 올바른 명령어를 선택하여 코드 길이를 줄이기 위해 현명하게 코딩 할 수 있습니다.
예: 'for' 루프가 더 많은 명령어를 사용하고 for 루프 를 사용하지 않고 작업을 수행하기 위해 적은 메모리를 사용하는 여러 줄의 명령어를 사용할 수있는 경우 개발자는 'for' 루프 를 사용 하지 않고 여러 줄의 명령어를 사용할 수 있습니다..
마이크로 컨트롤러에 적합한 주파수 선택은 작업 요구 사항에 따라 다릅니다. 더 높은 주파수는 더 높은 전력 소비를 의미하지만 더 많은 계산 능력을 의미 합니다. 따라서 기본적으로 주파수 선택은 전력 소비와 필요한 계산 능력 사이의 균형입니다.
또한 저주파 작업의 주요 장점은 낮은 RFI (Radio Frequency Interference) 외에도 낮은 공급 전류입니다.
공급 전류 (I) = 대기 전류 (I q) + (K x 주파수)
두 번째 용어가 우세합니다. 마이크로 컨트롤러의 RFI 에너지는 너무 작아서 필터링하기가 매우 쉽습니다.
따라서 응용 프로그램에 빠른 속도가 필요한 경우 빠른 실행에 대해 걱정하지 마십시오. 그러나 전력 소비가 우려되는 경우 애플리케이션에서 허용하는 한 느리게 실행하십시오.
클록 주파수 스위칭 기술
PLL (Phases Lock Loop) 장치는 항상 고속으로 실행되는 고성능 MCU에 존재합니다. 높은 주파수로의 승압 PLL 입력 주파수 8 MHz의 32 MHz의 예. 애플리케이션에 적합한 작동 주파수를 선택하는 것은 개발자의 옵션입니다. 일부 애플리케이션은 고속으로 실행할 필요가 없습니다.이 경우 개발자는 작업을 실행하기 위해 MCU의 클록 주파수를 가능한 한 낮게 유지해야합니다. 그러나 PLL 장치를 포함하지 않는 저가형 8 비트 MCU 와 같은 고정 주파수 플랫폼에서는 처리 에너지를 줄이기 위해 명령 코드를 개선해야합니다.. 또한 PLL 장치를 포함하는 MCU는 MCU가 데이터 처리 기간 동안 고주파로 작동 한 다음 데이터 전송 기간 동안 저주파 작동으로 돌아갈 수 있도록하는 주파수 전환 기술의 이점을 활용할 수 없습니다.
그림은 주파수 스위칭 기법 에서 PLL 장치의 사용을 설명합니다.
시계 관리 작동 모드 선택
일부 고속 마이크로 컨트롤러는 중지 모드, 전원 관리 모드 (PMM) 및 유휴 모드와 같은 다양한 클록 관리 모드를 지원 합니다. 이러한 모드 사이를 전환하여 사용자가 전력을 소비하면서 장치의 속도를 최적화 할 수 있습니다.
선택 가능한 클록 소스
수정 발진기는 특히 저전력 작동 중에 모든 마이크로 컨트롤러에서 전력을 많이 소비합니다. 정지 모드에서 빠른 시작에 사용되는 링 오실레이터는 정상 작동 중에 약 3 ~ 4MHz 클록 소스를 제공하는 데 사용할 수도 있습니다. 전원을 켤 때 수정 발진기가 여전히 필요하지만 수정이 안정화되면 장치 작동을 링 발진기로 전환하여 최대 25mA의 전력을 절감 할 수 있습니다.
클럭 속도 제어
마이크로 컨트롤러의 작동 주파수는 전력 소비를 결정하는 가장 큰 요소입니다. 고속 마이크로 컨트롤러 마이크로 컨트롤러 제품군은 내부 클럭을 느리게하거나 중지하여 전력을 절약하는 다양한 클럭 속도 관리 모드를 지원합니다. 이러한 모드를 통해 시스템 개발자는 성능에 미치는 영향을 최소화하면서 전력 절감을 극대화 할 수 있습니다.
비 휘발성 메모리 또는 RAM에서 소프트웨어 실행
개발자는 전류 소비를 추정 할 때 소프트웨어가 비 휘발성 메모리 또는 RAM에서 실행되는지 신중하게 고려해야합니다. RAM에서 실행하면 더 낮은 활성 전류 사양을 제공 할 수 있습니다. 그러나 많은 응용 프로그램은 RAM만으로 실행할 수있을만큼 작지 않으며 비 휘발성 메모리에서 프로그램을 실행해야합니다.
버스 클럭 활성화 또는 비활성화
대부분의 마이크로 컨트롤러 애플리케이션은 소프트웨어 실행 중에 메모리 및 주변 장치에 액세스해야합니다. 이를 위해서는 버스 클럭을 활성화해야하며 활성 전류 추정에서 고려해야합니다.
내부 발진기 사용
내부 발진기를 사용하고 외부 발진기를 피하면 상당한 에너지를 절약 할 수 있습니다. 외부 발진기가 더 많은 전류를 소비하므로 더 많은 전력을 사용하게됩니다. 또한 애플리케이션이 더 많은 클럭 주파수를 필요로 할 때 외부 발진기를 사용하는 것이 좋기 때문에 내부 발진기를 사용해야하는 것은 어렵지 않습니다.
결론
저전력 제품을 만드는 것은 MCU를 선택하는 것에서 시작되며 시장에서 다양한 옵션을 사용할 수있는 경우 매우 어렵습니다. 주파수 변경은 전력 사용에 큰 영향을 미칠 수 있으며 좋은 전력 소비 결과를 제공합니다. 주파수 수정의 추가 이점은 추가 하드웨어 비용이 없으며 소프트웨어에서 쉽게 구현할 수 있다는 것 입니다. 이 기술은 저비용 MCU의 에너지 효율을 개선하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 에너지 절약량은 작동 주파수, 데이터 처리 시간 및 MCU 아키텍처 간의 차이에 따라 달라집니다. 주파수 전환 기술을 사용하면 정상 작동에 비해 최대 66.9 %의 에너지를 절약 할 수 있습니다.
결국 개발자에게는 제품의 배터리 수명을 늘리면서 시스템 기능 및 성능 목표의 증가에 대한 요구를 충족하는 것이 중요한 과제입니다. 가능한 가장 긴 배터리 수명을 제공하거나 배터리없이 작동하는 제품을 효과적으로 개발하려면 시스템 요구 사항과 마이크로 컨트롤러의 현재 사양에 대한 깊은 이해가 필요합니다. 이것은 MCU가 활성화되었을 때 소비하는 전류의 양을 단순히 추정하는 것보다 훨씬 더 복잡합니다. 개발중인 애플리케이션에 따라 주파수 수정, 대기 전류, 주변 전류가 MCU 전력보다 배터리 수명에 더 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
이 기사는 개발자가 MCU가 주파수 측면에서 전력을 소비하는 방식을 이해하고 주파수를 수정하여 최적화 할 수 있도록 돕기 위해 작성되었습니다.