Wake-Sleep-Timersteuerung mit gemischten Signalen

Die einfachste Möglichkeit, in einem System Energie zu sparen, besteht darin, alle Peripheriegeräte abzuschalten. Durch das Abschalten von Prozessorkernen oder Logikschaltungen reduzieren Sie den Grundstrom bzw. Ruhestrom außerhalb des System-Power-Controllers auf null. Diese Art der Energieeinsparung kann mit einem Satz von GPIOs automatisch durchgeführt werden, die sich in einer Embedded-Anwendung implementieren lassen.

Auch wenn dies nach einer sehr einfachen Funktion klingt, sind die daraus resultierende Schaltung und die Auswirkungen auf die Codebasis eines Geräts möglicherweise nicht so einfach. Meistens verlassen wir uns auf Wake-Sleep-Funktionen in bestimmten Bauteilen, von denen bekannt ist, dass sie große Stromverbraucher sind, etwa ein großer Mikrocontroller oder ein FPGA. Insbesondere bei Mikrocontrollern sind diese Funktionen inzwischen häufiger geworden, und sie sind sicherlich nützlich, um ein Embedded-System herunterzufahren.

Für eine Gruppe von ASICs ist eine Wake-Sleep-Funktion jedoch nur selten in ein Bauteil integriert, und oft gibt es weitere Peripheriegeräte, die sich selbst dann nicht abschalten ließen, wenn diese Funktion in Ihre ASICs integriert wäre. An diesem Punkt fügen Sie Ihrem System bereits einen komplexen Mikrocontroller, einen Timer und eine Reset-Schaltung zur Steuerung hinzu. Werfen Sie stattdessen einen Blick auf dieses Anwendungsbeispiel für GreenPAK, mit dem sich eine Wake-Sleep-Timer-Funktionalität implementieren und anhand beliebiger logischer Bedingungen auslösen lässt.

So funktioniert ein Wake-Sleep-Timer

Wake-Sleep-Timer, unabhängig davon, ob sie als Teil eines integrierten Schaltkreises implementiert oder kundenspezifisch in eine PCB integriert werden, erfüllen alle zwei grundlegende Funktionen:

• Erfassen eines Signals, das die Wake-up-Funktion auslöst
• Ausführen einer Timer- und Abschaltsequenz, nachdem ein Zeitlimit überschritten wurde

Das erscheint einfach genug, bis man die Liste der erforderlichen Schaltungen zusammenzählt: den Abschalt-Sequencer für die Stromversorgung, einen Einschalt-Sequencer für die Stromversorgung, Verzögerungstimer, entweder ein digitales oder analoges Frontend zur Erkennung des Wake-Signals sowie Peripherie, die das Abschalten durch Umschalten mit einem Logiksignal ermöglicht. Dies ist im folgenden Blockdiagramm zusammengefasst.

Das grundlegende Blockdiagramm für einen Wake-Sleep-Timer umfasst eine Frontend-Erkennungsstufe, die das Wake-Signal erfasst, einen Timer-Block, der die aktive Periode herunterzählt, einen Sequencer, der die Reihenfolge des Ein- und Ausschaltens der Peripheriegeräte steuert, sowie Ausgangstreiber, die Enable- oder Reset-Leitungen an nachgeschalteten Geräten aktivieren. Das Frontend speist den Timer, der nach Ablauf den Abschalt-Sequencer auslöst; beim Empfang eines neuen Wake-Ereignisses aktiviert der Einschalt-Sequencer die Peripheriegeräte in der richtigen Reihenfolge erneut.

Im rein digitalen Bereich ist das Wake-Signal praktisch ein einzelnes Bit (oder eine Gruppe von Bits) auf dem erforderlichen Logikpegel, das den/die Eingang/Eingänge der Frontend-Logikschaltung des Wake-Sleep-Kreises aktiviert. Für ein analoges Wake-Signal wird ein Frontend benötigt, das speziell für das betreffende Signal ausgelegt ist und im Wesentlichen eine Messung des Signals (Amplitude, Phase, Frequenz usw.) durchführt, um festzustellen, ob die Wake-Bedingung erfüllt wurde.

Wake-Signale können praktisch von jeder Art von Quelle geliefert werden, solange das Frontend im Wake-Sleep-Timer dafür ausgelegt ist, diese zu unterstützen. Das eröffnet die Möglichkeit für Mixed-Signal-Schnittstellen, bei denen digitale und analoge Eingänge verwendet werden, um die Wake-Bedingungen im Wake-Sleep-Timer auszulösen.

Können Mixed Signals in Wake-Sleep-Timern verwendet werden?

Die Antwort auf diese Frage lautet im Allgemeinen ja, allerdings erhöht dies die Komplexität einer Standard-Wake-Sleep-Timer-Schaltung. Ein Wake-Sleep-Timer arbeitet normalerweise mit einem einzelnen digitalen Eingang oder einem einzelnen analogen Eingang, der nach Überschreiten eines Schwellwerts mit einem Komparator erkannt wurde. Dies könnte beispielsweise ein Anzeigeausgang eines Touch-Geräts oder einer Taste sein, oder es könnte sich um den Ausgang eines Sensors handeln, der einen bestimmten Spannungspegel überschreitet. Im Allgemeinen könnten mehrere Signale zu einer einzigen Frontend-Schnittstelle als Teil der Wake-Bedingung für diese Schaltung kombiniert werden.

Dies erfordert jedoch einen zusätzlichen Logikverarbeitungsblock im Frontend des Wake-Sleep-Timers. Die einfachste Lösung wird mit Logikgattern umgesetzt, und jedes analoge Eingangssignal könnte mit einem Komparator digitalisiert werden. Man könnte erwägen, für diese Aufgabe einen Mikrocontroller zu verwenden, doch das widerspricht dem Zweck eines Wake-Sleep-Timers, der im Allgemeinen dazu dient, Peripheriegeräte und digitale Prozessoren abzuschalten.

Mixed-Signal-Verarbeitung für Wake-Sleep-Signale

Der programmierbare Mixed-Signal-IC GreenPAK von Renesas eignet sich hervorragend für die Implementierung eines Wake-Sleep-Timers, da er analoge Komparatoren, Logikgatter, Zähler, Verzögerungsblöcke und konfigurierbare I/O in einem einzigen Bauteil integriert. Eine vollständig kundenspezifische Mixed-Signal-Schnittstelle kann als Frontend für den Wake-Sleep-Timer dienen und gleichzeitig digitale und analoge Eingänge verarbeiten.

Beispielsweise kann ein analoger Komparator innerhalb von GreenPAK eine Sensorspannung überwachen, während ein separater digitaler Eingang auf ein Logikpegel-Ereignis von einem Peripheriegerät achtet; diese Signale werden in eine konfigurierbare Logik eingespeist, die die kombinierte Wake-Bedingung auswertet. Sobald die Wake-Kriterien erfüllt sind, steuern interne Zähler- und Verzögerungsblöcke die Ein- und Ausschaltsequenz externer Versorgungsschienen oder Reset-Leitungen.

Die Entwicklerwerkzeuge Go Configure geben Entwicklern die Möglichkeit, vollständig kundenspezifische Wake-Sleep-Timer zu entwickeln, die Mixed Signals und sogar eine serielle Schnittstelle als Teil der Wake-Funktionalität implementieren können. Diese programmierbaren Mixed-Signal-Prozessoren ermöglichen kleinere und effizientere Systeme.

Um mehr zu erfahren, werfen Sie einen Blick auf die GreenPAK-Komponenten und Referenzbeispiele.

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