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手机外设的低功耗设计

作者: 发布时间:2020-01-19 13:34:00 阅读: 45 次

 

 

摘要:

文章主要对手机外设的低功耗设计进行了讨论,结合作者的工作经验,重点对LCD显示,SD卡省电,蓝牙设务,WIFI设备几个方面进行了详细讨论。

 

 

关键字:

低功耗,LCDSD卡,蓝牙,WIFI

 

 

内容索引

1 手机低功耗介绍 4

2 外围设备的省电 5

2.1 LCD显示屏 5

2.2 SD 卡的省电 6

2.3 蓝牙设备的省电 6

2.4 WIFI的省电 7

 

 

1手机低功耗介绍

 

在手机的低功耗设计中,工程师经常把工作重点放在,诸如处理器,射频功放,显示背光等功耗大户上,因为针对这些地方的努力可以收到很明显的效果。但与此同时,我们也不应该忽略手机外围设备的小电流耗电,这些地方对手机的待机时间也会有着重要地影响。

2外围设备的省电

手机的外围设备包括了:显示设备、存储卡、摄像头及各种传感器,是手机与外界的信息交互通道。虽然从单个器件来考虑,每个器件的功耗都不大,且很多在不使用时都处于关闭状态,但我们也需要认真的检查每个设备在工作时的工作电流和设备关闭状态下漏电流。

2.1LCD显示屏

LCD显示屏是手机给使用者最主要的信息输出窗口。目前随着手机的智能化,LCD显示屏向着大屏化、高点阵方向发展,并对色彩的要求越来越高。LCD本身的主要耗电在于定时对各个点阵刷新时的耗电和平时维持点阵透光性的偏转电流,因此屏做的越大,点阵越多,必然会带来LCD本身耗电的增加。

根据LCD的显示原理,LCD的功耗与LCD的对比度有极大的关系,虽然我们不太可能因为省电的因素,将LCD的显示对应度调的很低,但这可以作为我们调整对比度时的一个参考依据。

LCD显示时的耗电与LCD显示的图形也有很大的关系,显示全白时表示各个点的透光性为,这状态下LCD的偏转电流消耗更大。显示全黑时各个点的透光性最差,这个状态下LCD的偏转电流消耗最小。因此当我们在设计手机的桌面图形,待机图形时,应该考虑这个因素,尽可能选择那些暗色的图形以减小手机LCD的功耗,并对客户不关心的图形进行暗化处理,以减小LCD的耗电。

当然LCD最省电的情况还是通过软件将LCD 设置成DISPLAY  OFF的状态,在此状态下LCD会停止刷新同时也会关闭偏转电流,因此在手机进入待机模式的情况下,我们通常会将手机设置成DISPLAY OFF模式。需要注意的是,有设计者为了更省电,采取了关闭LCD供电的方式来降低LCD待机电流。但这可能带来更大的耗电隐患,因为LCD如果处于下电状态,我们必须保证与LCD相连的所有管脚都为输出低电平或者输入低状态,否则的话就有可能通过IO管脚形成漏电,而这种情况下的漏电一定是毫安级别的,远大于LCD待机的几十微安的耗电。

2.2SD 卡的省电

SD卡是现在手机上广泛使用的外界存储设备,SD卡的工作耗电和SD卡的速度设置和本身的容量关系很大,从200mA1A都有可能。SD卡需要关注的地方在于它待机时的耗电。当整个系统进入休眠状态时,SD卡也会停止工作,自动进入待机状态。但目前市场上的SD卡千差万别,有些卡在待机时耗电很小,甚至只有几十微安,而有些卡的待机耗电却能达到几个毫安。

我曾经设计了一个产品,在试验室测试时电流测试正常,待机时间正常。送到产品测试组进行产品测试时,测试人员报告有部份手机出现待机时间很短的现象。问题手机送测后,研发人员测试工作正常。但手机一到测试人员手中,继续报告待机异常。反复几个回合后,研发人员和测试人员共同排查问题。最后才发现,如果将测试人员的T卡换成研发人员的T卡后,待机电流就正常了。如果使用测试人员的T卡,待机电流会达到11mA,难怪待机时间异常了。进一步分析原因,发现这种卡只要上电既会出现10mA的耗电,软件无法优化。最终只能靠硬件增加电源开关电路来解决这个问题。

所以为了避免客户在使用时的电流异常增大,我们应该保证SD卡的供电是可以开关的。当整机进入睡眠后,我们应该关闭SD卡的电源以保证整机功耗的正常。

2.3蓝牙设备的省电

所谓“蓝牙”Bluetooth技术实际上是一种短距离无线通信技,它以低成本的近距离无线连接为基础为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的短程无线电技术。目前蓝牙在短距离设备互连之间是用户很常用方式,但蓝牙的耗电也是我们需要关注的。

蓝牙设备在通信连接状态下有四种工作模式———激活模式、呼吸模式、保持模式和休眠模式。激活模式是正常的工作状态另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。用户在使用蓝牙后经常会出现连接已经断开却没有关闭蓝牙设备,或者连接虽然保持但长时间无通信的情况。这个时候就需要我们的蓝牙设备调整其工作状态进入省电模式。

在呼吸模式下,蓝牙设备会降低从设备监听信息的频率,变成间隔一段时间才会去监听设备信息,而间隔的时间是可以设置的,时间越长就越省电。对于那些打开却长时间不使用的蓝牙设备,我们可以根据距离上次使用的时间来动态调整呼吸频率,时间越长则频率越低。当呼吸模式维持一段时间后,我们的蓝牙设备应该尽快进入保持模式以节省更多的电流。如果长时间蓝牙无通信操作,蓝牙设备应该最终进入休眠模式,在此状态下,蓝牙设备基本上处于最省电的休眠状态,放弃了MAC地址,偶尔收听master的消息并恢复同步、检查消息。

 

2.4WIFI的省电

Wi-Fi是一种帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒体的赋能技术。它为用户提供了无线的宽带互联网访问。同时,它也是在家里、办公室或在旅途中上网的快速、便捷的途径。能够访问 Wi-Fi 网络的地方被称为热点。。

WIFI是目前使用最广泛的无线接入方式,也基本上是智能手机标配的外设。目前WIFI关于节电方面在协议 上做了很大的优化,具体如下。根据移动终端的具体运用场景,在底层驱动中开发了ACTIVE Max POWER_SAVE Fast POWER_SAVE POWER_SLEEP四种电源管理模式。

工作模式(Active Mode )时,电源管理关闭,芯片处于完全上电状态;更大功耗节电模式(Max POWER_SAVE )时,满足在用户可以选择的侦听间隔更大程度内,达到功耗节省更优。快速功耗节电模式(Fast POWER_SAVE )时,满足在用户固定的侦听间隔,达到良好的功耗节省更优。睡眠模式(POWER_SLEEP) 时, 芯片处于关机状态,用户需要人工操作重新回到芯片工作状态。设计中驱动装载后默认的是ACTIVE, 同时在事务线程中对电源模式进行检测,当上层软件需要转换为POWER_SAVE, 驱动仍然通过PhgHhalQueueMgmtReq() Target 发起请求,使得Target 切换到POWER_SAVE 工作模式,在这种模式下,BGW200 只消耗很少的电能,同时仍进行MAC层的处理,上层软件可以根据数据传输的需求来实时切换Target 的工作模式,以达到有效节能的目标。