Stromsparkünstler von Arrow und Sharp »Ultra-Low-Power«-Referenz-Design für mobile Applikationen

Das Oryx Board basiert auf den Low-Power-Komponenten von Sharp, NXP, Analog Devices und Linear Technology.
Das »Oryx Board« beruht auf den Low-Power-Komponenten von Sharp, NXP, Analog Devices und Linear Technology.

Um mobile Geräte möglichst Strom sparend konzipieren zu können, haben Arrow und Sharp mit dem »Oryx Board« ein Ultra-Low-Power-Referenz-Design entwickelt, das bei einer Fülle an Funktionen bei vollem Betrieb mit nur etwa 8,57 mA auskommt.

Egal ob tragbare Test- und Messgeräte in der Medizin oder im Industriebereich, Sport- und Fitnesscomputer, mobile POS-Eingabeterminals, Spielzeug oder Fernbedienungen: Nutzer erwarten eine möglichst lange Nutzungsdauer zwischen den unweigerlich erforderlichen Batterieaustausch- oder Ladezyklen. Bei aller Unterschiedlichkeit in der Anwendung - portable Geräte dieser Art besitzen ähnliche Grundfunktionen: ein Display als Anzeigemodul, Sensoren zur Aufnahme von Messdaten, CPU, RTC, Speicher und Eingabeinterface, häufig als Toucheingabe. Als Basis für eine schnelle Entwicklung solcher mobiler Anwendungen dient das »Oryx Board«, eine Gemeinschaftsproduktion von Arrow und Sharp.  

Das »Oryx Board« basiert auf den Low-Power-Komponenten von Sharp, NXP, Analog Devices und Linear Technology. Hauptstromverbraucher ist nicht etwa, wie bei vielen anderen Designs, das Display. Dank der Memory-LCD-Technologie von Sharp braucht das 1,35-Zoll-Display nur 4 µA und trägt somit nur einen winzigen Bruchteil zur Gesamtleistungsaufnahme des »Oryx Boards« bei. Der Hauptstromverbraucher ist der NXP-Low-Power-Prozessor vom Typ »LPC11U14 MCU«, der bei einer Taktung seines M0-Kernels mit 50 MHz 8 mA benötigt. An nächster Stelle stehen die Temperatursensoren, ebenfalls von NXP (Typ I2C active) mit einer Aufnahme von max. 300 µA und die RTC mit 200 µA. Doch schon im Normalbetrieb reduziert sich die Stromaufnahme des Systems auf ca. 2,37 mA*, indem  die Prozessorfrequenz auf 12 MHz abgesenkt wird. 

Für die Batteriestandzeit und damit die Betriebsbereitschaft mobiler Geräte ist jedoch auch der Stand-by-Verbrauch entscheidend. Hier erweist sich das »Oryx Board« als wahrer Stromsparkünstler: Im Sleep Modus, in dem nur noch Grundfunktionen der CPU aktiv sind, und bei ausgeschaltetem Display braucht das Gesamtsystem lediglich 366 µA*. Der »Deep Power Down Mode« reduziert die Stromaufnahme noch einmal auf ein Level von nur noch 2,27 µA*.

Um aus dem Tiefschlaf aufzuwachen, enthält das Referenz-Design einen Beschleunigungssensor, der der CPU das Signal gibt, den Betrieb aufzunehmen, sobald das Gerät bewegt wird - ein Feature, das z.B. nützlich ist für die Entwicklung von Fernsteuerungen von TV oder Audiogeräten, die häufig lange Zeit ungenutzt auf dem Tisch liegen und erst, wenn sie der Benutzer in die Hand nimmt, in den Betriebsmodus schalten müssen. In diesem Zustand lässt sich das System theoretisch auch durch Solarzellen unter künstlichem Licht wieder aufladen.

Die geringe Stromaufnahme des »Oryx Boards« von maximal 8,57 mA zeigt, dass sich theoretisch auch tragbare Geräte wie Test- und Messgeräte in der Medizin oder im Industriebereich, Sport- und Fitnesscomputer, mobile POS Eingabeterminals, Spielzeug oder Fernbedienungen als energieautarkes System aufbauen lassen. Leistungsstarke Minisolarpanels, wie sie z.B. Sharp anbietet, liefern bei Sonnenlicht eine Leistung von bis zu 390 mW und selbst bei Innenraumlicht noch gut 1 mW. Das ist genug, um im »Deep Power Down Mode« eine Lithiumionenzelle oder einen Supercapacitor zu laden, der die Anwendung im Betrieb speist und so eine kontinuierliche Bereitschaft der Anwendung gewährleistet - ganz ohne Batteriewechsel oder externe Ladegeräte.

Bei den mit * gekennzeichneten Werten handelt es sich um den theoretischen Wert basierend auf Spezifikationen der Hersteller.