माइक्रोकंट्रोलर बिजली की खपत को कम करने के लिए घड़ी की आवृत्ति को कैसे संशोधित किया जाए

डेवलपर्स के पास हमेशा उच्च स्तर की कार्यक्षमता और प्रदर्शन प्रदान करने की चुनौती होती है, साथ ही बैटरी जीवन को अधिकतम करता है। इसके अलावा जब इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों की बात आती है, तो सबसे महत्वपूर्ण विशेषता बैटरी की खपत है। डिवाइस ऑपरेशन समय बढ़ाने के लिए यह जितना संभव हो उतना कम होना चाहिए। पोर्टेबल और बैटरी चालित अनुप्रयोगों में बिजली प्रबंधन बहुत महत्वपूर्ण है। माइक्रोएरे के उपभोग के अंतर से परिचालन जीवन के महीनों या वर्षों तक हो सकता है जो बाजार में उत्पाद की लोकप्रियता और ब्रांड को बढ़ा या घटा सकता है। उत्पादों की वृद्धि बैटरी उपयोग के अधिक कुशल अनुकूलन की मांग करती है। आजकल, उपयोगकर्ता उत्पादों के कॉम्पैक्ट आकार के साथ लंबे समय तक बैटरी बैकअप की मांग करते हैं, इसलिए निर्माता सुपर लंबी बैटरी जीवन के साथ छोटे बैटरी आकार पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं जो एक संदिग्ध कार्य है। परंतु,बैटरी जीवन को प्रभावित करने वाले कई कारकों और महत्वपूर्ण मापदंडों से गुजरने के बाद डेवलपर्स पावर सेविंग टेक्नोलॉजीज के साथ आए हैं।

ऐसे कई पैरामीटर हैं जो बैटरी उपयोग को प्रभावित करते हैं जैसे कि माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग, ऑपरेटिंग वोल्टेज, वर्तमान खपत, परिवेश का तापमान, पर्यावरण की स्थिति, उपयोग किए जाने वाले बाह्य उपकरणों, चार्ज-रिचार्ज चक्र आदि। बाजार में आने वाले स्मार्ट उत्पादों की प्रवृत्ति के साथ, यह बहुत महत्वपूर्ण है बैटरी जीवन को अनुकूलित करने के लिए, MCU पर पहले ध्यान केंद्रित करने के लिए। जब छोटे आकार के उत्पादों में बिजली की बचत की बात आती है तो MCU महत्वपूर्ण हिस्सा बन जाता है। इसलिए यह अनुशंसा की जाती है कि पहले MCU से शुरू करें। अब, MCU विभिन्न बिजली बचत तकनीकों के साथ आता है। माइक्रोकंट्रोलर्स (MCU) में बिजली की खपत को कम करने के बारे में अधिक जानने के लिए, पिछले लेख को देखें। यह लेख प्रमुख रूप से माइक्रोकंट्रोलर में बिजली की खपत को कम करने के लिए महत्वपूर्ण पैरामीटर में से एक पर केंद्रित है, जो घड़ी की आवृत्ति को संशोधित कर रहा हैकम बिजली अनुप्रयोगों के लिए एमसीयू का उपयोग करते समय ध्यान रखने की आवश्यकता है।

माइक्रोकंट्रोलर में घड़ी की आवृत्ति को संशोधित करने के लिए क्यों?

ऊपर उल्लिखित कई मापदंडों में से, घड़ी की आवृत्ति का विकल्प बिजली बचाने में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। अध्ययन से पता चलता है कि माइक्रोकंट्रोलर्स की ऑपरेटिंग आवृत्ति के गलत चयन से बैटरी पावर का महत्वपूर्ण प्रतिशत (%) नुकसान हो सकता है । इस नुकसान से बचने के लिए, डेवलपर्स को माइक्रोकंट्रोलर को चलाने के लिए उपयुक्त आवृत्ति चयन का ध्यान रखना होगा। अब, यह आवश्यक नहीं है कि माइक्रोकंट्रोलर स्थापित करते समय, आवृत्ति का चयन शुरू में किया जा सकता है, जबकि इसे प्रोग्रामिंग के बीच भी चुना जा सकता है। कई माइक्रोकंट्रोलर हैं जो वांछित संचालन आवृत्ति का चयन करने के लिए बिट चयन के साथ आते हैं। इसके अलावा माइक्रोकंट्रोलर कई आवृत्तियों पर चल सकता है, इसलिए डेवलपर्स के पास आवेदन के आधार पर उपयुक्त आवृत्ति का चयन करने का विकल्प है।

प्रदर्शन पर कई आवृत्तियों के चयन का प्रभाव क्या है?

इसमें कोई संदेह नहीं है कि विभिन्न आवृत्तियों के चयन से माइक्रोकंट्रोलर के प्रदर्शन पर असर पड़ेगा। जैसा कि माइक्रोकंट्रोलर के संदर्भ में, यह बहुत अच्छी तरह से जाना जाता है कि आवृत्ति और प्रदर्शन आनुपातिक हैं। इसका मतलब है कि, अधिक से अधिक आवृत्ति कम कोड निष्पादन समय और इस प्रकार प्रोग्राम निष्पादन की अधिक गति होगी। तो अब, यह बहुत स्पष्ट है कि अगर आवृत्ति बदल जाती है तो प्रदर्शन भी बदल जाएगा। लेकिन यह आवश्यक नहीं है कि डेवलपर्स को माइक्रोकंट्रोलर के उच्च प्रदर्शन के लिए केवल एक आवृत्ति पर छड़ी करने की आवश्यकता है।

कम या उच्च आवृत्ति, जो एक का चयन करने के लिए?

यह हमेशा ऐसा नहीं होता है जब माइक्रोकंट्रोलर को उच्च प्रदर्शन प्रदान करना होता है, ऐसे कई एप्लिकेशन होते हैं जिन्हें माइक्रोकंट्रोलर के मध्यम प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, इस प्रकार के अनुप्रयोगों में डेवलपर्स ऑपरेटिंग आवृत्ति को गीगा से मेगाहर्ट्ज तक घटा सकते हैं और यहां तक ​​कि न्यूनतम आवृत्ति की भी आवश्यकता होती है माइक्रोकंट्रोलर चलाएं। हालांकि, कुछ मामलों में इष्टतम प्रदर्शन की आवश्यकता होती है और निष्पादन का समय भी महत्वपूर्ण होता है जैसे कि FIFO बफर के बिना बाहरी फ्लैश एडीसी, या वीडियो प्रसंस्करण और कई अन्य अनुप्रयोगों में ड्राइविंग करते समय, इन क्षेत्रों में डेवलपर्स माइक्रोकंट्रोलर की इष्टतम आवृत्ति का उपयोग कर सकते हैं। इस तरह के वातावरण में भी, डेवलपर्स सही निर्देशन का चयन करके कोड की लंबाई कम करने के लिए स्मार्ट तरीके से कोड कर सकते हैं।

उदाहरण के लिए: यदि 'के लिए' लूप अधिक निर्देश ले रहा है और व्यक्ति निर्देशों की कई पंक्तियों का उपयोग कर सकता है जो लूप का उपयोग किए बिना कार्य करने के लिए कम मेमोरी का उपयोग करता है , तो डेवलपर्स ' लूप ' के उपयोग से बचने के लिए निर्देशों की कई पंक्तियों के साथ जा सकते हैं। ।

माइक्रोकंट्रोलर के लिए उपयुक्त आवृत्ति का चयन कार्य आवश्यकताओं पर निर्भर करता है। उच्च आवृत्ति का अर्थ है उच्च बिजली की खपत, लेकिन अधिक संगणना शक्ति भी । इसलिए अनिवार्य रूप से आवृत्ति का विकल्प बिजली की खपत और आवश्यक गणना शक्ति के बीच एक व्यापार-बंद है।

इसके अलावा कम आवृत्ति पर काम करने का मुख्य लाभ कम आरएफआई (रेडियो फ्रीक्वेंसी इंटरफेरेंस) के अलावा कम आपूर्ति चालू है।

आपूर्ति करंट (I) = मौन धारा (I _q) + (K x फ़्रिक्वेंसी)

दूसरा पद प्रधान है। एक माइक्रोकंट्रोलर की RFI ऊर्जा इतनी छोटी है कि इसे फ़िल्टर करना बहुत आसान है।

इसलिए यदि एप्लिकेशन को तेज गति की आवश्यकता है, तो तेज चलने के बारे में चिंता न करें। लेकिन अगर बिजली की खपत एक चिंता है, तो आवेदन की अनुमति के रूप में धीमी गति से चलाएं।

क्लॉक-फ्रीक्वेंसी स्विचिंग तकनीक

PLL (Phases Lock Loop) यूनिट हमेशा उच्च गति पर चलने वाले उच्च प्रदर्शन MCU में मौजूद होती है। एक उच्च आवृत्ति को पीएलएल को बूस्ट इनपुट आवृत्ति जैसे, 8 मेगाहर्ट्ज से 32 मेगाहर्टज के लिए। यह एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त ऑपरेटिंग आवृत्ति चुनने के लिए डेवलपर का विकल्प है। कुछ अनुप्रयोगों को तेज गति से चलाने की आवश्यकता नहीं होती है, उस स्थिति में डेवलपर्स को कार्य को चलाने के लिए एमसीयू की घड़ी की आवृत्ति को यथासंभव कम रखने की आवश्यकता होती है। हालांकि, एक निश्चित फ़्रीक्वेंसी प्लेटफ़ॉर्म में, जैसे कि कम लागत वाले 8-बिट MCU जिसमें PLL यूनिट शामिल नहीं है, किसी को प्रोसेसिंग ऊर्जा को कम करने के लिए निर्देश कोड में सुधार करना चाहिए। इसके अलावा, MCU जिसमें PLL इकाई है, आवृत्ति-स्विचिंग तकनीक के लाभों का फायदा नहीं उठा सकता है जो MCU को डेटा-प्रोसेसिंग अवधि में उच्च आवृत्ति पर काम करने की अनुमति देता है और फिर डेटा ट्रांसमिशन अवधि के लिए कम-आवृत्ति ऑपरेशन पर वापस लौटता है।

आंकड़ा आवृत्ति स्विचिंग तकनीक में PLL इकाई के उपयोग की व्याख्या करता है ।

ऑपरेशन के क्लॉक मैनेजमेंट मोड का चयन करना

उच्च गति वाले कुछ माइक्रोकंट्रोलर विभिन्न घड़ी प्रबंधन मोड्स जैसे स्टॉप मोड, पावर मैनेजमेंट मोड्स (पीएमएम) और आइडियल मोड का समर्थन करते हैं । बिजली की खपत करते समय उपयोगकर्ता को डिवाइस की गति का अनुकूलन करने की अनुमति देने वाले इन तरीकों के बीच स्विच करना संभव है।

चयन घड़ी स्रोत

क्रिस्टल थरथरानवाला किसी भी माइक्रोकंट्रोलर पर बिजली का एक बड़ा उपभोक्ता है, खासकर कम बिजली संचालन के दौरान। स्टॉप मोड से त्वरित शुरुआत के लिए उपयोग किया जाने वाला रिंग ऑसिलेटर, का उपयोग सामान्य ऑपरेशन के दौरान लगभग 3 से 4MHz क्लॉक स्रोत प्रदान करने के लिए भी किया जा सकता है। हालाँकि क्रिस्टल-अप में एक क्रिस्टल ऑसिलेटर की आवश्यकता होती है, एक बार जब क्रिस्टल स्थिर हो जाता है, तो डिवाइस ऑपरेशन को रिंग ऑसिलेटर में स्विच किया जा सकता है, जो कि 25 mA की शक्ति बचत का एहसास कराता है।

घड़ी की गति नियंत्रण

बिजली की खपत का निर्धारण करने में एक माइक्रोकंट्रोलर की ऑपरेटिंग आवृत्ति एकल सबसे बड़ा कारक है। माइक्रोकंट्रोलर्स के हाई-स्पीड माइक्रोकंट्रोलर परिवार अलग-अलग घड़ी गति प्रबंधन मोड का समर्थन करते हैं जो आंतरिक घड़ी को धीमा या बंद करके शक्ति का संरक्षण करते हैं। ये मोड सिस्टम डेवलपर को प्रदर्शन पर न्यूनतम प्रभाव के साथ बिजली बचत को अधिकतम करने की अनुमति देते हैं।

गैर-वाष्पशील मेमोरी या रैम से सॉफ्टवेयर निष्पादन

डेवलपर्स को ध्यान से विचार करना चाहिए कि क्या सॉफ्टवेयर वर्तमान खपत का अनुमान लगाने में गैर-वाष्पशील यादों या रैम से निष्पादित किया गया है। रैम से निष्पादन कम सक्रिय वर्तमान विनिर्देशों की पेशकश कर सकता है; हालाँकि, कई एप्लिकेशन केवल रैम से निष्पादित करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं और प्रोग्राम को गैर-वाष्पशील मेमोरी से निष्पादित करने की आवश्यकता होती है।

बस घड़ियाँ सक्षम या अक्षम

अधिकांश माइक्रोकंट्रोलर एप्लिकेशन को सॉफ़्टवेयर निष्पादन के दौरान यादों और बाह्य उपकरणों तक पहुंच की आवश्यकता होती है। इसके लिए बस की घड़ियों को सक्षम होना चाहिए और सक्रिय वर्तमान अनुमानों पर विचार करने की आवश्यकता है।

आंतरिक थरथरानवाला का उपयोग करना

आंतरिक ऑसिलेटर्स का उपयोग करना और बाहरी ऑसिलेटर्स से बचना महत्वपूर्ण ऊर्जा को बचा सकता है। बाहरी थरथरानवाला अधिक वर्तमान खींचता है जिसके परिणामस्वरूप अधिक बिजली का उपयोग होता है। इसके अलावा यह कठिन नहीं है कि किसी व्यक्ति को आंतरिक थरथरानवाला का उपयोग करना चाहिए, क्योंकि जब बाहरी अनुप्रयोगों की आवश्यकता होती है तो बाहरी दोलक का उपयोग करना उचित होता है।

निष्कर्ष

कम बिजली उत्पाद बनाना MCU की पसंद से शुरू होता है और बाजार में विविध विकल्प उपलब्ध होने पर यह काफी मुश्किल है। आवृत्ति का संशोधन बिजली के उपयोग पर बड़ा प्रभाव डाल सकता है और बिजली की खपत का अच्छा परिणाम भी दे सकता है। आवृत्ति को संशोधित करने का अतिरिक्त लाभ यह है कि कोई अतिरिक्त हार्डवेयर लागत नहीं है और इसे सॉफ्टवेयर में आसानी से लागू किया जा सकता है । इस तकनीक का उपयोग कम लागत वाले एमसीयू की ऊर्जा दक्षता में सुधार के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, ऊर्जा की बचत ऑपरेटिंग आवृत्तियों, डेटा-प्रसंस्करण समय और एमसीयू की वास्तुकला के बीच अंतर पर निर्भर करती है। सामान्य ऑपरेशन की तुलना में आवृत्ति-स्विचिंग तकनीक का उपयोग करते समय 66.9% तक की ऊर्जा की बचत की जा सकती है।

दिन के अंत में, डेवलपर्स के लिए, उत्पादों की बैटरी जीवन को बढ़ाते हुए सिस्टम की कार्यक्षमता और प्रदर्शन उद्देश्यों में वृद्धि की जरूरतों को पूरा करना एक महत्वपूर्ण चुनौती है। उन उत्पादों को प्रभावी ढंग से विकसित करने के लिए जो सबसे लंबे समय तक संभव बैटरी जीवन प्रदान करते हैं - या यहां तक ​​कि बिना बैटरी के भी काम करते हैं - दोनों को सिस्टम आवश्यकताओं और माइक्रोकंट्रोलर की वर्तमान विनिर्देशों की गहरी समझ की आवश्यकता होती है। सक्रिय होने पर एमसीयू कितना चालू होता है इसका आकलन करने की तुलना में यह बहुत अधिक जटिल है। विकसित किए जा रहे एप्लिकेशन के आधार पर, आवृत्ति संशोधन, स्टैंडबाय करंट, परिधीय वर्तमान MCU शक्ति की तुलना में बैटरी जीवन पर अधिक महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकता है।

यह लेख डेवलपर्स को यह समझने में मदद करने के लिए बनाया गया था कि कैसे एमसीयू आवृत्ति के संदर्भ में बिजली की खपत करते हैं और आवृत्ति के संशोधन के साथ अनुकूलित किया जा सकता है।