Controle do Temporizador Wake-Sleep com Sinais Mistos

A maneira mais simples de economizar energia em um sistema é desligar todos os periféricos. Ao desligar núcleos de processador ou circuitos lógicos, você reduz a corrente de base ou corrente quiescente a zero fora do controlador de alimentação do sistema. Esse tipo de economia de energia pode ser realizado automaticamente com um conjunto de GPIOs, que podem ser implementados em uma aplicação embarcada.

Embora isso possa parecer uma função muito simples de implementar, a circuitaria resultante e o efeito sobre a base de código do dispositivo podem não ser tão simples. Na maioria das vezes, contamos com a funcionalidade de wake-sleep em dispositivos específicos que são conhecidos por serem grandes consumidores de energia, como um microcontrolador grande ou FPGA. Em particular, para microcontroladores, essas funções se tornaram mais comuns e certamente são úteis para desligar um sistema embarcado.

No entanto, para um conjunto de ASICs, uma função de wake-sleep raramente vem integrada a um dispositivo, e muitas vezes há outros periféricos que não poderiam ser desligados mesmo que esse recurso estivesse presente em seus ASICs. Nesse ponto, você acaba adicionando um microcontrolador complexo, temporizador e reset para controlar seu sistema. Em vez disso, veja este exemplo de aplicação para GreenPAK, que permite implementar a funcionalidade de temporizador wake-sleep e acioná-la com base em qualquer conjunto de condições lógicas.

Como funciona um temporizador wake-sleep

Temporizadores wake-sleep, sejam implementados como parte de um circuito integrado ou projetados sob medida em uma PCB, todos executam duas funções básicas:

• Capturar um sinal que aciona a funcionalidade de ativação
• Executar um temporizador e uma sequência de desligamento após um limite de tempo ser excedido

Isso parece simples o suficiente até você contabilizar a lista de circuitos necessários: o sequenciador de desligamento de energia, um sequenciador de inicialização de energia, temporizadores de atraso, uma etapa de front-end digital ou analógica para detectar o sinal de ativação e periféricos que permitam o desligamento por comutação via sinal lógico. Isso está resumido no diagrama de blocos abaixo.

O diagrama de blocos básico de um temporizador wake-sleep inclui uma etapa de detecção de front-end que captura o sinal de ativação, um bloco temporizador que faz a contagem regressiva do período ativo, um sequenciador que controla a ordem de energização e desligamento dos periféricos e drivers de saída que assertam linhas de enable ou reset em dispositivos a jusante. O front end alimenta o temporizador que, ao expirar, aciona o sequenciador de desligamento; ao receber um novo evento de ativação, o sequenciador de inicialização reabilita os periféricos na ordem correta.

No domínio puramente digital, o sinal de ativação é efetivamente um único bit (ou conjunto de bits) no nível lógico necessário, que aciona a(s) entrada(s) no circuito lógico de front-end do circuito wake-sleep. Para um sinal de ativação analógico, é necessário algum front end projetado especificamente para o sinal em questão, essencialmente realizando alguma medição do sinal (amplitude, fase, frequência etc.) para determinar se a condição de ativação foi satisfeita.

Os sinais de ativação podem ser fornecidos por praticamente qualquer tipo de fonte, desde que o front end no temporizador wake-sleep seja projetado para suportá-los. Isso abre a oportunidade para interfaces de sinal misto, nas quais entradas digitais e analógicas são usadas para acionar as condições de ativação no temporizador wake-sleep.

Sinais mistos podem ser usados em temporizadores wake-sleep?

A resposta para essa pergunta é sim, em geral, mas isso adiciona complexidade a um circuito temporizador wake-sleep padrão. Um temporizador wake-sleep normalmente opera com uma única entrada digital, ou uma única entrada analógica que ultrapassou um limiar detectado com um comparador. Por exemplo, isso pode ser uma saída indicadora de um dispositivo touch ou de um botão, ou pode ser a saída de um sensor que excede algum nível de tensão. Em geral, múltiplos sinais podem ser combinados em uma única interface de front-end como parte da condição de ativação para esse circuito.

No entanto, isso exige um bloco adicional de processamento lógico no front end do temporizador wake-sleep. A solução mais simples é implementada com portas lógicas, e qualquer sinal de entrada analógico pode ser digitalizado com um comparador. Pode-se considerar o uso de um microcontrolador para essa tarefa, mas isso contraria o propósito de um temporizador wake-sleep, que geralmente é desligar periféricos e processadores digitais.

Processamento de sinais mistos para sinais wake-sleep

O CI programável de sinal misto GreenPAK da Renesas é muito adequado para implementar um temporizador wake-sleep porque integra comparadores analógicos, portas lógicas, contadores, blocos de atraso e E/S configuráveis em um único dispositivo. Uma interface de sinal misto totalmente personalizada pode servir como front end para o temporizador wake-sleep, aceitando simultaneamente entradas digitais e analógicas.

Por exemplo, um comparador analógico dentro do GreenPAK pode monitorar a tensão de um sensor, enquanto uma entrada digital separada observa um evento em nível lógico vindo de um periférico; esses sinais alimentam uma lógica configurável que avalia a condição combinada de ativação. Uma vez que os critérios de ativação sejam atendidos, blocos internos de contador e atraso gerenciam o sequenciamento de energização e desligamento de trilhos externos de alimentação ou linhas de reset.

As ferramentas de desenvolvimento Go Configure oferecem aos projetistas a capacidade de desenvolver temporizadores wake-sleep totalmente personalizados que podem implementar sinais mistos e até uma interface serial como parte da funcionalidade de ativação. Esses processadores programáveis de sinal misto permitem sistemas menores e mais eficientes.

Para saber mais, confira os componentes GreenPAK e os exemplos de referência.

• Saiba mais sobre os componentes GreenPAK
• Veja as soluções de temporizador wake-sleep GreenPAK

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