Para dispositivos de voltaje variable, a saber, tarjetas SD, ¿cuánta energía ahorra usando un voltaje más bajo?

Estoy diseñando un sistema de visión artificial y mis 3 componentes principales son

  1. microcontrolador (VDD = [1,8 V, 3,6 V])
  2. Tarjeta microSD (modo de 4 bits, VDD = [2,7 V, 3,6 V] según el estándar SD 2.0)
  3. cámara de teléfono celular barata (usando la interfaz DVP paralela de 8 bits, VDD = [1.8V, 3.0V], Vanalog = [2.6V, 3.0V])

Supongo que usar voltajes más bajos reducirá la potencia, pero estoy empezando a dudar de esto porque descubrí que todos los componentes tienen un regulador de capacitor conmutado interno que cambia aún más el voltaje (1.3V para el microcontrolador, 1.5V para la cámara y probablemente un alto voltaje para la microSD). Por lo tanto, usar un voltaje más bajo solo dará como resultado un mayor consumo de corriente. La única excepción es para la cámara, cuya hoja de datos dice que usa un regulador lineal para bajar el DOVDD (voltaje de E/S) externo al núcleo digital de 1.5V. En ese caso, puedo ahorrar (2,7 V - 1,8 V) * 0,1 A = 90 mW usando 1,8 V en lugar de 2,7 V. Se trata de un ahorro de energía del 15 % para todo el sistema.

Actualmente, puedo salirme con la mía usando 2.7V para todos mis componentes. Solo estoy trabajando en esto como un pasatiempo y solo tengo una PCB de 1 capa, por lo que dudo sobre el uso de múltiples voltajes.

Entonces mis preguntas son:

  1. ¿Cuánta potencia central/interna ahorra el uso de un voltaje externo más bajo? ¿Ninguno?

  2. ¿Cuánta potencia de E/S ahorra el uso de un voltaje más bajo? Sé por las presentaciones de Bill Dally que la transferencia de datos a menudo consume más energía que el cálculo, pero no estoy operando a velocidades de GHz. De acuerdo con la hoja de datos de la cámara, tabla 8-3, cuando no usa el regulador interno para generar el voltaje central de 1,5 V, la corriente de E/S, Idd-do es solo de 9 a 12 mA, por lo que usar un swing más bajo no ahorraría mucha energía.

  3. ¿Cómo se usa el modo 1.8V en las tarjetas SD? Inicialmente, debe operar a 2.7 - 3.6V. Después de enviar un CMD5 solicitando 1,8 V, puede bajar a 1,8 V. ¿Pero esto me parece irremediablemente complicado? Eso significa que también necesito bajar el voltaje al microcontrolador, ¿verdad? y hazlo poco a poco. ¿Hay algún regulador que permita una transición suave de 2,7 V a 1,8 V?

Regla #1 sobre voltaje vs. ahorro de energía: P=E²/R
No es tanto el voltaje con el que funciona un dispositivo, sino la frecuencia del reloj. Los microcontroladores a menudo se clasifican en tantos µA (o mA) por MHz. Es por eso que tienen tantos modos de suspensión. Supongo que las tarjetas SD serían lo mismo, se pueden ejecutar desde un bus SPI en cualquier lugar desde varios cientos de kHz hasta 40 MHz más o menos, una relación de 100: 1. Supongo que habría al menos un orden de magnitud de ahorro de energía en ese rango.
@Ignacio, el silicio no es un material óhmico, por lo que E ^ 2 / R no se aplica, solo P = V * I. Espero una respuesta mucho más profunda que considere la eficiencia de los reguladores de conmutación utilizados. Ayer, descubrí que los voltajes más cercanos al voltaje del núcleo interno de un dispositivo son más eficientes para los reguladores capacitivos (bombas de carga) porque significa que se desperdicia menos energía en la carga/descarga del capacitor.
@tcrosley: optimizaré la velocidad del reloj, pero por ahora, supongamos que ya está minimizado.

Respuestas (1)

Los circuitos que tienen una fuente de alimentación conmutada (ya sea un convertidor CC/CC o un regulador de condensador conmutado) no cambiarán significativamente el consumo total de energía a medida que cambie el voltaje de entrada.

Los circuitos que no incluyen un prerregulador generalmente consumirán menos energía cuando se alimentan con un voltaje más bajo. Cuando reduce el voltaje, la mayoría de los circuitos digitales reducirán su corriente proporcionalmente, por lo que la potencia general disminuirá como V ^ 2 (una V más baja y una corriente más baja reducirán la potencia). Los circuitos analógicos generalmente están polarizados de manera diferente y aunque la potencia se reducirá, la corriente puede permanecer igual. Eso es aún menor potencia.

Para dispositivos de voltaje variable, a saber, tarjetas SD, ¿cuánta energía ahorra usando un voltaje más bajo?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v