Hallo zusammen,
ich bin neu in der Mikrocontroller-Entwicklung und beschäftige mich
derzeit mit einem System, das mit einer Batterie betrieben werden soll.
Mein Fokus liegt daher auf der Reduzierung des Energieverbrauchs. Dabei
ist mir die Möglichkeit zur Senkung des Leistungsbedarfs durch Senkung
der Versorgungsspannung aufgefallen (P=U*I). Hat eine Senkung der
Versorgungsspannung auch einen Einfluss auf die Arbeit des
Mikrocontrollers? Ansonsten wäre es ja ein leichtes durch die Senkung
der Spannung Energie zu sparen.
Danke euch für die Antworten!
Sowas ergibt sich aus dem Datenblatt. Alles andere ist nur wilde
Vermutung.
Viel sinnvoller ist es aber, über die zur Aufgabe passende Taktfrequenz
und die Sleep- Stop- und ähnliche Modi nachzudenken.
W.S.
Jens schrieb:> Hat eine Senkung der> Versorgungsspannung auch einen Einfluss auf die Arbeit des> Mikrocontrollers?
Ja natürlich. Er muss in dem Spannungsbereich liegen, den der µC
braucht.
Aber das alles ist erstmal irrelevant. Du brauchst erstmal die Energie
für die Arbeit, dann musst du den Eigenverbrauch deiner verwendeten
Bauteile dazu rechnen.
Sparen kannst du trotzdem und zwar am µC selbst. In dem du ihn in den
Schlafmodus versetzt, wenn er nicht arbeiten muss. Somit sparst du auch
an den angeschlossenen Sensoren.
Aber du kannst nicht einfach sagen, wenn ich die Spannung senke, dann
brauche ich weniger Energie. Dein Basisverständnis ist noch
unzureichend.
Jens schrieb:> (P=U*I)
Ein Mikroprozessor ist kein Widerstand!
> Hat eine Senkung der Versorgungsspannung auch einen Einfluss> auf die Arbeit des Mikrocontrollers?
Ja, er wird langsamer.
Harald W. schrieb:> Jens schrieb:>>> (P=U*I)>> Ein Mikroprozessor ist kein Widerstand!
P=U*I gilt immer, auch wenn das Bauteil kein Widerstand ist.
Der Stromverbrauch von uCs entsteht im Wesentlichen durch die Umladung
von internen Kapazitäten.
Näherungsweise gilt:
I proportional fTakt
I propertional Uversorgung
Wenn Du die Versorgungsspannung halbierst kannst Du grob mit dem halben
Versorgungsstrom rechnen. P=U*I wird dann nur noch ein Viertel, die
Energieeinsparung ist also enorm.
Das muss der Prozessor aber auch können. Die zulässige Taktfrequenz ist
von der Versorgungsspannung abhängig. Also Datenblatt konsultieren.
Wenn Du z.B. einen AVR auf 1 MHz betreiben willst, kannst Du im
Datenblatt nachschauen welche Spannung er mindestens braucht, um stabil
zu arbeiten.
Wie sich der Stromverbrauch als Funktion der Spannung verhält, ist je
nach µC unterschiedlich. Im einfachen Fall (z.B. AVR, PIC1,...) kommt es
mit Stromverbrauch etwa proportional zur Spannung hin. Das gilt so etwa
auch für 74HC... und ähnliche.
Viele der ARM basierten µCs haben einen internen Regler für die
Core-spannung. Da ändert sich der Stromverbrauch kaum noch mit der
Spannung - der erlaubte Spannungsbereich ist auch oft recht klein, so
dass man gar nicht so viel Auswahl hat.
Die AVRs sind mit zum Teil 1.8 V - 5.5 V auch schon eher die Ausnahme,
dass man die Spannung über einen so großen Bereich variieren darf.
Vielen Dank schon einmal für eure Antworten.
Also es geht mir nicht um die sonstigen Methoden, Energie zu sparen. Ich
möchte nur fürs Verständnis wissen, welchen Einfluss die Senkung der
Versorgungsspannung auf die Arbeit des Controllers hat.
Ich betreibe derzeit einen ATmega-Mikrocontroller mit einer Taktfrequenz
von 1MHz. Nach dem Datenblatt kann dieser in einem Spannungsbereich von
1,8V-5V arbeiten. Hat eine Senkung der Spannung von 5V auf 1,8V also
wirklich gar keinen Einfluss? Das scheint mir dann eine sehr sehr gute
und auch einfache Möglichkeit, den Leistungsbedarf zu senken! Oder wird
der Mikrocontroller wie von Harald beschrieben tatsächlich langsamer?
einen solchen Hinweis kann ich im Datenblatt aber nicht finden.
Lurchi schrieb:> Da ändert sich der Stromverbrauch kaum noch mit der> Spannung
Wenn die Stromstärke also bei unterschiedlichen Spannungen die gleiche
bleibt, steigt der Leistungsbedarf doch aber proportional mit der
Spannung (P=U*I)!
Jens schrieb:> Ich betreibe derzeit einen ATmega-Mikrocontroller mit einer Taktfrequenz> von 1MHz. Nach dem Datenblatt kann dieser in einem Spannungsbereich von> 1,8V-5V arbeiten. Hat eine Senkung der Spannung von 5V auf 1,8V also> wirklich gar keinen Einfluss? Das scheint mir dann eine sehr sehr gute> und auch einfache Möglichkeit, den Leistungsbedarf zu senken! Oder wird> der Mikrocontroller wie von Harald beschrieben tatsächlich langsamer?> einen solchen Hinweis kann ich im Datenblatt aber nicht finden.
Der sollte nicht langsamer werden. Vielleicht ein bischen, vielleicht
wird er auch leicht schneller. Aber nichts Dramatisches.
Ob Du allerdings 1 MHz bei 1.8 Volt Versorgungsspannung laufen lassen
kannst steht im Datenblatt. Meist ist da eine Grafik fTakt gegen
Uversorgung drin. Musst Du für Deinen speziellen AVR nachgucken.
Martin B. schrieb:> Musst Du für Deinen speziellen AVR nachgucken.
Speed Grade:
– 0 - 4MHz @ 1.8 - 5.5V
– 0 - 10MHz @ 2.7 - 5.5V
– 0 - 20MHz @ 4.5 - 5.5V
Passt also!
Gilt das gleiche für ein Funkmodul? Bei gleicher Sendeleistung und auch
sonst allen identischen Einstellungen hat ein Funkmodul unabhängig von
der Versorgungsspannung dieselben Charakteristika (Natürlich wieder im
erlaubten Spannungsbereich).
Beim Funkmodul geht ein erklecklicher Anteil des Stromverbrauchs auf die
(analogen) HF Verstärker. Die arbeiten meistens mit relativ konstantem
Strom. Du sparst hier nicht ganz so viel wie bei einem Prozesssor, wenn
Du die Spannung verringerst.
Martin B. schrieb:> Die arbeiten meistens mit relativ konstantem> Strom.
Wenn der Strom weitestgehend konstant ist, sinkt der Leistungsbedarf
dennoch proportional zur sinkenden Spannung. Habe ich das mit dem
Energieverbrauch richtig verstanden?
Jens schrieb:> Ich betreibe derzeit einen ATmega-Mikrocontroller mit einer Taktfrequenz> von 1MHz. Nach dem Datenblatt kann dieser in einem Spannungsbereich von> 1,8V-5V arbeiten. Hat eine Senkung der Spannung von 5V auf 1,8V also> wirklich gar keinen Einfluss?
Jens schrieb:> Martin B. schrieb:>> Die arbeiten meistens mit relativ konstantem>> Strom.>> Wenn der Strom weitestgehend konstant ist, sinkt der Leistungsbedarf> dennoch proportional zur sinkenden Spannung. Habe ich das mit dem> Energieverbrauch richtig verstanden?
Ja
