为低功率无线装置省电的11个技巧

       低功率无线连网装置需要精心设计，以延长其电池寿命、符合环保要求与提高利润...
       备受青睐的物联网(IoT)包含大量连结至因特网的低功率无线装置。这些装置需要精心设计，以延长其电池寿命，减少对环境的影响，并最大限度地提高制造商利润。
       要降低无线系统的功耗，我们需要考虑如下11个因素：
第一：系统选择

       使用的无线类型取决于几个因素，其中主要是数据速率、通讯范围和营运成本。选择范围非常广泛，从短距离ZigBee、线程、蓝牙和Wi-Fi，到远程低功率无线(如LoRa和SigFox)或蜂巢式解决方案。
第二：波长

        一些无线波长比其他波长传播得更好，而且传播可能与提高的功率效率相关。通常，低频率无线电波比高频率传播得更好，但缺点是数据速率可能较低。例如，2.4/5GHz频段的传输距离为几十公尺，但每秒可传输数百kb的数据。而低于GHz频段的传输距离可以达到几百公尺甚至几千公尺，但传输速度可能只有每秒几个kb。无线网状网络通过在节点之间转换数据来扩展传输距离。
第三：微控制器的待机功耗
        很多微控制器都声称自己是低功耗的，但是一些仅在待机状态下低功耗，另一些则在运作时也保持低功耗。装置待机的频率决定了哪一个才是关键参数，如果装置通常都处于待机状态，就要考虑深度睡眠的功耗；如果装置总是处于唤醒状态，例如收听网络，那么关键参数就变成了工作功耗。
第四：电源
        电源是电池供电装置的关键考虑因素。一旦你为产品选定了合适的供电方式，比如是使用者可更换的电池(AA、AAA等)还是可充电电池(如锂离子聚合物电池Li-Po)，就可以进行相对应的优化。环境温度(特别冷或特别热)对电池使用寿命有很大影响，就像电池放电曲线一样。低功率无线电装置在睡眠时一般功耗非常少，在唤醒时会使用大量电流进行接收和发射，某些类型的电池可能无法很好地处理这种情况。
第五：上拉及其他设计技巧
        低功耗无线系统设计需要注意无线电路之外的一些细节，例如上拉电阻(pull-up resistor)。这些需要进行优化才能最大限度地延长电池寿命。例如可透过添加主动组件(如FET)来打开和关闭组件和上拉电阻。
        如果您决定在设计中使用FET，请用心选择。即使只消耗了几毫安，你也会发现额定功率为几安培的高功率组件之Vf (正向电压)较低，这意味着FET导通时浪费的电能更少。
第六：电子表格
        使用电子表格(spreadsheet)便于确定应该做出哪些折衷来获得可行的设计。
电子表格可用于查看传输或接收时序的平衡如何影响电池寿命，以及传输应持续多长时间，以便确定稳压器在电压范围和电流要求方面的效率。
第七：功率量测
       标准万用表的采样率比较低，容易错过与传输相关的短RF突发(RF bursts)。要进行功率量测，最好使用具备数学函数的示波器或高频万用表，或者是采用瓦时计(watt-hour meter)可测量长时间内的功率累计。
第八：天线调谐
       如果传输范围很重要，请务必调整天线。这样可以在不增加系统功率预算的情况下最大化装置的能效。
第九：TX功率
       不要在不必要的情况下提高输出功率。例如，如果你的无线传输距离只需10公尺，就不需要5dB的输出功率，否则只会浪费电能，并缩短电池使用寿命。
第十：批次测试
       使用电池供电的低功耗装置，可以在接近组件性能极限的情况下运作；例如对于FET和其他依赖于低压降的主动组件，装置之间总会出现可能影响性能的特征变化。这意味着使用批处理方式进行批次测试(batch testing)是值得的，以确保任何变化都不会影响终端系统运作。
       使用SPICE仿真器来仿真设计的一些简单部分，比如在极端温度和高压范围内进行测试，这样在大量生产时就可以避免很多问题。
第十一：发射器脉冲
        当发射器开启时，低功率无线电装置会处于最大功率状态。尽可能减少必须传输的数据量，使开启时间最短，比如可以使用二进制或以.zip格式压缩较大的档案来减少数据量。
        在开发智能家居产品、远程监控装置或许多其他物联网解决方案时，我们的嵌入式设计顾问在设计低功耗系统时始终会考虑以上11个注意事项。