在典型的IoT物聯網系統中，傳感器節點大部分保持在睡眠模式或船舶模式，只有在需要數據采集時才會切換到活動模式。為了更好地節能，我們需要改進物聯網睡眠模式或船舶模式下的電流，從而最大限度地延長電池壽命。
本文將主要對比在船舶模式或睡眠模式下，傳統解決方案（使用負載開關、RTC和外部按鈕控制器）與改進方案 （使用集成解決方案），看看它們誰更省電。
船舶模式與睡眠模式
大多數情況下，傳感器節點保持在睡眠模式或者船舶模式。我們先來了解一下這兩種模式：
在傳感器節點中啟用深度睡眠模式可以最大化電池壽命；因此，優化深度休眠電流是提高整體電池壽命的唯一方法。
傳統節能解決方案：使用RTC、負載開關和外部按鈕控制器
功能模塊 | 型號 |
RTC | MAX31342 |
負載開關 | TPS22916 |
外部按鈕控制器 | MAX16150 |
圖2：傳統解決方案框圖
傳統解決方案中，負載開關和RTC用于打開/關閉無線傳感器節點。在這種方法中，只有負載開關和RTC（實時時鐘芯片）同時作用，才能使無線節點處于活動狀態，從而將總靜態電流降低到毫安。這里的睡眠時間可以通過無線傳感器節點內的MCU編程。
外部按鈕控制器可以連接到負載開關，以啟用船舶模式功能。外部按鈕將退出船舶模式并進入無線傳感器節點正常操作模式。
外部按鈕控制器具有電池“保鮮密封（Battery Freshness Seal）”功能，它是一種微處理器監控電路的功能，外部按鈕控制器在VCC首次上電以前斷開備份電池與任何下游電路的連接。這能保證備份電池在電路板首次上電使用以前不會放電，因此可延長電池壽命。
圖 3 ：MAX16150方框圖
改進的解決方案
圖4：使用MAX16163的改進解決方案
MAX16163 / MAX16164是模擬設備的納米功率控制器，具有開/關控制器和可編程睡眠時間功能。這些器件改進了一個電源開關，用于對輸出進行選通，提供可達200mA的負載電流，以簡化BOM并降低成本。
兩種解決方案性能比較
RTC使用I2C通信編程，設置物聯網應用程序的睡眠時間，當定時器到期時，中斷信號下拉MAX1615的PBIN引腳，其將輸出設置為高并接通負載開關。在睡眠期間，只有TPS22916、MAX31342和MAX16150消耗電力系統電源。
表 1：傳統解決方案不同功能模塊的電流消耗
圖5：傳統解決方案的示意圖
在實驗中，我們評估了兩種最新技術在固定占空比下的壽命，比較了傳統解決方案和使用MAX16163的改進解決方案的性能。
平均負載電流=工作電流 ╳ D+睡眠電流 ╳ (1-D)
為了比較這兩種解決方案，假設系統每兩小時醒來一次，執行特定任務，然后進入睡眠模式。系統激活電流為5mA。電池壽命取決于操作的占空比。下圖顯示了具有不同占空比的兩種方案的電池壽命曲線圖，從0.005%到0.015%不等。
圖6：無線傳感器節點的電池壽命與占空比
表2：兩種不同解決方案的比較
ADI的MAX16163解決方案實現了對這些功能進行更精確控制的設計。與傳統方法相比，它將電池壽命延長了約20%（對于典型的0.007%占空比操作，如圖6所示），并將解決方案大小減少到60%。
電池續航時間 = 電池容量 (mAh) / 負載電流(mA)
在以下表格中輸入電池容量與設備功耗，即可得到電池巡航時間。
本文小結
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