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鼎芯蜂窩通訊低功耗設計經(jīng)驗分享

時(shí)間：2023-12-15 17:45 瀏覽人數：1397

應用概述

伴隨著(zhù)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，遠距離無(wú)線(xiàn)蜂窩通訊的產(chǎn)品應用、產(chǎn)品形態(tài)都呈百花齊放之勢，新穎的產(chǎn)品層出不窮。在LTE蜂窩通訊產(chǎn)品中，三低需求非常突出：1、低成本（省錢(qián)）；2、低功耗（省電）；3、低延時(shí)（省時(shí)）。今天我們就重點(diǎn)來(lái)聊聊這個(gè)通訊模塊低功耗產(chǎn)品應用。

無(wú)線(xiàn)低功耗產(chǎn)品有如下特點(diǎn)：

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設備部署不受供電線(xiàn)路限制，產(chǎn)品采用電池供電，無(wú)論是深山巨野還是郊區魚(yú)塘，都可以自由部署。

通訊突破距離限制，有蜂窩網(wǎng)絡(luò )覆蓋的場(chǎng)地都可以正常使用。

在滿(mǎn)足節能減排的前提下，人機交互可隨時(shí)隨地進(jìn)行。

應用場(chǎng)景

通常，4G模塊工作在Idle狀態(tài)下的耗流是30mA上下，做數據傳輸以及接打電話(huà)時(shí)，功耗在100mA以上，而進(jìn)入休眠狀態(tài)下，模塊的底電流通常是在2mA左右(部分模式可以到微安級別)。對于電池供電的終端來(lái)說(shuō)，這個(gè)功能是必不可少的，且耗流數據是越低越好。那么低功耗的硬件設計框架是怎樣的呢？請看下圖：

圖1 低功耗硬件示意圖

在硬件設計中，工程師們可根據項目實(shí)際情況來(lái)選取對應的腳位資源開(kāi)發(fā)。比如有些設備不需要MCU來(lái)做休眠邏輯，那么UART相關(guān)腳位則不需要接入MCU。有些主控不支持AP同步信號則不需要設計AP_READY腳位。

在確定硬件設計之后，軟件方面的休眠控制邏輯該如何實(shí)現呢？請看下圖：

圖2 低功耗遠程喚醒邏輯示意圖

硬件構建了堅實(shí)的基礎，而軟件賦予了產(chǎn)品靈魂。與此同時(shí)，另一個(gè)關(guān)鍵要素——運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )——也不可或缺。一個(gè)穩定的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境對于低功耗產(chǎn)品來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，理想的網(wǎng)絡(luò )參數能讓低功耗產(chǎn)品如虎添翼。云啟匯（EIOTCLUB）提供的物聯(lián)網(wǎng)卡具有：

廣泛的網(wǎng)絡(luò )覆蓋：物聯(lián)網(wǎng)卡集成了歐美國家主流網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商，保證廣泛的網(wǎng)絡(luò )覆蓋。
全球兼容性：EIOTCLUB sim卡可在美國、歐洲、加拿大、澳大利亞和日本等國家使用，為物聯(lián)網(wǎng)設備的國際應用提供堅實(shí)的支持。
完善的管理平臺：云啟匯卡管理平臺支持集中管理所有物聯(lián)網(wǎng)卡，方便用戶(hù)查看使用明細、進(jìn)行充值和設備綁定，從而簡(jiǎn)化SIM卡的管理流程并提高管理效率。
自定義設備套餐：提供簡(jiǎn)化的用戶(hù)選擇方案，方便用戶(hù)為其卡片充值，滿(mǎn)足不同需求。
全天候客服服務(wù)：提供7X24小時(shí)的客服服務(wù)，確?？焖偾腋哔|(zhì)量的客戶(hù)支持。

云啟匯（EIOTCLUB）已與國內外知名設備商合作，確保設備出廠(chǎng)前完成APN配置，支持即插即用。同時(shí)提供豐富的APN配置，保證與各種設備的兼容性。簡(jiǎn)單便捷的使用操作加上強大的產(chǎn)品內核深受歐美消費者的喜愛(ài)。

在主流的軟硬件設計基礎上，通訊模塊根據市場(chǎng)需求與時(shí)俱進(jìn)，新增了如下幾個(gè)契合市場(chǎng)需求的特色功能：

增強型低功耗應用

相對于標準休眠喚醒流程，在定時(shí)發(fā)送心跳包的過(guò)程中，與網(wǎng)絡(luò )側的交互需要經(jīng)過(guò)大約10秒的時(shí)間才能再次回到休眠狀態(tài)。這期間的耗流通常在60mA@3.8V上下浮動(dòng)。在引入增強型低功耗模式后，這個(gè)交互流程的時(shí)間可自由配置(1-50S，推薦值5S)。若采用5秒的配置，心跳包發(fā)送動(dòng)作的耗流可以節省大約1/3。如下是對比情況：

圖3 默認心跳包交互10秒進(jìn)入休眠

圖4 配置增強型低功耗，5秒再次進(jìn)入休眠

自定義心跳包?；顟?/strong>

在前文有提到物聯(lián)網(wǎng)設備普遍的一個(gè)需求是低成本，那么，如果定時(shí)心跳邏輯由模塊自主完成，則可解放MCU代碼資源，亦無(wú)需進(jìn)行繁瑣的二次開(kāi)發(fā)，那這無(wú)疑又增加一大優(yōu)勢！現在，它來(lái)了，模塊僅一條指令就可以完成這個(gè)操作。AT+QICFG="send/auto" 指令可以配置心跳包周期、心跳包內容、心跳包編碼格式、重試次數。全方位覆蓋程序配置需求。

僅特定心跳包喚醒應用

低功耗設備最常見(jiàn)的一個(gè)異?，F象就是設備被非預期信號喚醒，問(wèn)題分析過(guò)程異常艱難，即使把PCBA調試飛線(xiàn)如蜘蛛網(wǎng)一般也不見(jiàn)得能抓住問(wèn)題。那么，當模塊支持僅特定數據包喚醒的過(guò)濾邏輯時(shí)，僅預設的數據包內容才能觸發(fā)RI低電平脈沖，其他數據包URC會(huì )自動(dòng)被過(guò)濾。AT+QICFG="wakeup/data"命令可以配置心跳包內容、編碼格式。

CAT1引用PSM休眠應用

目前RDA、移芯等主流芯片平臺已經(jīng)在cat1的框架上開(kāi)發(fā)出了PSM模式休眠，用戶(hù)可通過(guò)AT+QSCLK=3來(lái)配置PSM模式相關(guān)的定時(shí)器以開(kāi)啟PSM模式。支持PSM模式的產(chǎn)品在Idle狀態(tài)下耗流3mA左右，進(jìn)入PSM后耗流在5uA左右。需要注意的是在配置完T3412等計時(shí)器的參數后，需要重新觸發(fā)一次駐網(wǎng)方能有效進(jìn)入PSM模式。

	Idle狀態(tài)	駐網(wǎng)	射頻收發(fā)	休眠底電流	平均功耗
標準模式	30mA	120mA	60mA	1.5mA	12mA
增強模式	30mA	120mA	60mA	1.5mA	5mA
PSM模式	3mA	75mA	50mA	5uA	/

表1 不同休眠模式在工作時(shí)耗流數據對比

測試實(shí)驗室環(huán)境介紹

深圳市鼎芯無(wú)限科技有限公司是一家提供物聯(lián)網(wǎng)一站式綜合解決方案的國家高新技術(shù)企業(yè)，與國內外多家知名IC廠(chǎng)家建立了授權合作關(guān)系。公司研發(fā)實(shí)驗室擁有豐富的實(shí)驗儀器、規范的測試環(huán)境，可滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)方案各類(lèi)測試需求。如高低溫、靜電、頻譜、網(wǎng)分、耗能、校表等，歡迎各位領(lǐng)導蒞臨指導。