Controllo del timer di wake-sleep con segnali misti

Il modo più semplice per risparmiare energia in un sistema è spegnere tutte le periferiche. Spegnendo i core del processore o i circuiti logici, si riduce a zero la corrente di base o la corrente di quiescenza al di fuori del controller di alimentazione del sistema. Questo tipo di risparmio energetico può essere eseguito automaticamente con un insieme di GPIO, che possono essere implementati in un'applicazione embedded.

Sebbene questa possa sembrare una funzione molto semplice da implementare, la circuiteria risultante e l'effetto sulla base di codice del dispositivo potrebbero non essere così semplici. Nella maggior parte dei casi, ci affidiamo alla funzionalità wake-sleep in dispositivi specifici noti per essere grandi consumatori di energia, come un microcontrollore di grandi dimensioni o un FPGA. In particolare, per i microcontrollori, queste funzioni sono diventate più comuni e sono certamente utili per spegnere un sistema embedded.

Tuttavia, per un insieme di ASIC, una funzione wake-sleep è raramente integrata in un dispositivo e spesso ci sono altre periferiche che non potrebbero essere spente anche se questa funzionalità fosse integrata nei vostri ASIC. A quel punto, si finisce per aggiungere un microcontrollore complesso, un timer e un reset per controllare il sistema. Invece, date un'occhiata a questo esempio applicativo per GreenPAK, che consente di implementare una funzionalità timer wake-sleep e di attivarla in base a qualsiasi insieme di condizioni logiche.

Come funziona un timer wake-sleep

I timer wake-sleep, sia che vengano implementati come parte di un circuito integrato sia che vengano progettati su misura in un PCB, svolgono tutti due funzioni di base:

• Acquisire un segnale che attiva la funzionalità di wake-up
• Eseguire un timer e una sequenza di spegnimento dopo il superamento di un limite di tempo

Questo sembra abbastanza semplice finché non si conta l'elenco dei circuiti richiesti: il sequenziatore di spegnimento dell'alimentazione, un sequenziatore di avvio dell'alimentazione, timer di ritardo, un front-end digitale o analogico per rilevare il segnale di wake e periferiche che consentano lo spegnimento tramite la commutazione di un segnale logico. Questo è riassunto nel diagramma a blocchi seguente.

Il diagramma a blocchi di base per un timer wake-sleep include uno stadio di rilevamento front-end che acquisisce il segnale di wake, un blocco timer che esegue il conto alla rovescia del periodo attivo, un sequenziatore che controlla l'ordine di accensione e spegnimento delle periferiche e driver di uscita che attivano le linee di enable o reset sui dispositivi a valle. Il front-end alimenta il timer che, una volta scaduto, attiva il sequenziatore di spegnimento; quando riceve un nuovo evento di wake, il sequenziatore di avvio riabilita le periferiche nell'ordine corretto.

Nel dominio puramente digitale, il segnale di wake è di fatto un singolo bit (o un insieme di bit) al livello logico richiesto, che attiva l'ingresso o gli ingressi del circuito logico front-end del circuito wake-sleep. Per un segnale di wake analogico, è necessario un front-end progettato specificamente per il segnale in questione, che esegua essenzialmente una qualche misurazione del segnale (ampiezza, fase, frequenza, ecc.) per determinare se la condizione di wake è stata soddisfatta.

I segnali di wake possono essere forniti praticamente da qualsiasi tipo di sorgente, purché il front-end del timer wake-sleep sia progettato per supportarla. Questo apre la possibilità di interfacce a segnale misto, in cui ingressi digitali e analogici vengono utilizzati per attivare le condizioni di wake nel timer wake-sleep.

È possibile utilizzare segnali misti nei timer wake-sleep?

La risposta a questa domanda è in generale sì, ma ciò aggiunge complessità a un circuito timer wake-sleep standard. Un timer wake-sleep normalmente opera su un singolo ingresso digitale, oppure su un singolo ingresso analogico che ha superato una soglia rilevata con un comparatore. Ad esempio, potrebbe trattarsi di un'uscita di indicazione da un dispositivo touch o da un pulsante, oppure dell'uscita di un sensore che supera un determinato livello di tensione. In generale, più segnali potrebbero essere combinati in un'unica interfaccia front-end come parte della condizione di wake per questo circuito.

Tuttavia, ciò richiede un blocco aggiuntivo di elaborazione logica nel front-end del timer wake-sleep. La soluzione più semplice viene implementata con porte logiche e qualsiasi segnale analogico in ingresso potrebbe essere digitalizzato con un comparatore. Si potrebbe pensare di usare un microcontrollore per questo compito, ma ciò vanifica lo scopo di un timer wake-sleep, che in genere è quello di spegnere periferiche e processori digitali.

Elaborazione a segnale misto per segnali wake-sleep

L'IC programmabile a segnale misto GreenPAK di Renesas è particolarmente adatto all'implementazione di un timer wake-sleep perché integra comparatori analogici, porte logiche, contatori, blocchi di ritardo e I/O configurabili all'interno di un unico dispositivo. Un'interfaccia a segnale misto completamente personalizzata può fungere da front-end per il timer wake-sleep, accettando contemporaneamente ingressi digitali e analogici.

Ad esempio, un comparatore analogico all'interno di GreenPAK può monitorare la tensione di un sensore mentre un ingresso digitale separato controlla un evento a livello logico proveniente da una periferica; questi segnali confluiscono in una logica configurabile che valuta la condizione di wake combinata. Una volta soddisfatti i criteri di wake, i blocchi interni di contatore e ritardo gestiscono il sequenziamento di accensione e spegnimento di rail di alimentazione esterni o linee di reset.

Gli strumenti di sviluppo Go Configure offrono ai progettisti la possibilità di sviluppare timer wake-sleep completamente personalizzati in grado di implementare segnali misti e persino un'interfaccia seriale come parte della funzionalità di wake. Questi processori programmabili a segnale misto consentono di realizzare sistemi più piccoli ed efficienti.

Per saperne di più, date un'occhiata ai componenti GreenPAK e agli esempi di riferimento.

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