Intelligente Zähler für Europa
Energiesparendes 169-MHz-wMBus-System für Flow-Meter
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
RX-Sniff-Modus reduziert Stromverbrauch
Im CC1120 ist eine weitere technische Besonderheit verbaut - der RX-Sniff-Modus, bei dem autonom zwischen Empfangsbetrieb mit vollem und dem Schlafbetrieb mit minimalem Stromverbrauch innerhalb von wenigen Millisekunden gewechselt wird. Die rote Linie im Bild 2 zeigt das Stromprofil an (die Spannung von ca. 100 mV wurde über einen 5.1 Ohm 1%-genauen Widerstand gemessen).
Der CC1120 wacht auf, prüft mittels schneller RSSI-Auswertung ob Funkaktivität auf dem Kanal vorliegt und legt sich wieder schlafen – siehe die kurzen roten Pulse in Bild 2. Nur wenn der gemessene RSSI-Wert über einer programmierbarer Schwelle liegt, bleibt der Transceiver aktiv und empfängt das Datenpaket (der lange rote Puls rechts). Die sehr schnelle Taktung zwischen aktivem und inaktivem Zustand im Empfänger ergibt einen im Mittel geringeren Stromverbrauch. Der RX-Sniff-Modus kann verwendet werden, während CC1120 auf ein Datenpaket in Na/b/c/d/e/f-Modi wartet.
Optimierung des Stromverbrauchs auf Systemebene
Die heutigen Primärzellen für intelligente Zähler - Li-SOCl2 mit 3.6 V und die Li-MnO2 mit 3.0 V - sind mit dem hohen PA-Strom beim Senden überfordert. Deshalb wird für 169-MHz-wMBus-Systeme mit hoher Sendeleistung ein Batterie-Management unumgänglich. Das Batterie-Management muss vor allem eine konstante Stromversorgung bei 3.3 V für den externen PA sowie eine optimale Betriebsspannung zwischen 2.1 und 3.6 V für den MSP430 und CC1120 bereitstellen.
Im CC1120 wird die interne Betriebsspannung durch einen integrierten LDO erzeugt; bei externer Spannung von 2.1 V reduzieren sich die LDO-Verluste enorm und die Funkeigenschaften bleiben gleich gut. Ein hocheffizienter DC/DC-Wandler hilft hier, zum Beispiel der TPS62740 oder der TPS62730 , der bei 3.6 V am Eingang und 2.1 V am Ausgang den Batteriestrom bis zu 35 Prozent reduziert (gilt für CC1120 Sende- und Empfangsoperationen gleichermassen). Man muss aber berücksichtigen, dass Funksysteme durch die Schaltfrequenz des Wandlers sehr leicht gestört werden können. Es ist unbedingt notwendig alle Funkparameter des wMBus Systems, zu testen und zu optimieren, damit der Schaltwandler die Empfindlichkeit und die Blocking-Eigenschaften nicht verschlechtert.
Volle wMBus N-modi-Kompatibilität
Dank seiner WaveMatch-Funktionalität empfängt der CC1120 verlustfrei Datenpakete in allen N-modi (auch im 4-GFSK Ng-Modus), obwohl sie mit kurzer Preambel von nur 16 Bits arbeiten. Dabei vermeidet der CC1120 zuverlässig die Fehlerkennung von Synchronworten aus dem Rauschen. Andere vergleichbare Transceiver werden Paketverluste wegen dem kurzen Preambel in Kauf nehmen.
Das optimierte Batterie-Management-System versorgt den MSP430, den CC1120 und den externen PA mit Strom. Der MSP430 und der CC1120 arbeiten um so stromsparender, je niedriger ihre Versorgungsspannung ist. Somit ergeben sich in Abhängigkeit von der Nennspannung und Topologie der verwendeten Batterien (Serien- oder Parallelschaltung) und der benötigten PA-Sendeleistung verschiedene Varianten für das Batterie-Management-System.
Durch Einsatz von effizienten HF-freundlicher DC/DC-Wandlern, wie dem TPS62730 reduziert sich der nominale Batteriestrom für das wMBus System dauerhaft wobei das Sendespektrum, die Empfindlichkeit und die Blocking-Eigenschaften gleich hoch bleiben. Der RX-Sniff-Modus minimiert außerdem den Stromverbrauch während des Datenempfangs.
- Energiesparendes 169-MHz-wMBus-System für Flow-Meter
- wMBus-N-mode-Subsystem
- Paketverluste minimieren bedeutet Batterielaufzeit verlängern
- RX-Sniff-Modus reduziert Stromverbrauch
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