使用加速度計的低功率模式和自動喚醒/休眠模式
加入技術交流群
如果系統(tǒng)處理器通常只用于處理來自加速度計的數據，那么最好是將智能嵌入傳感器，避免系統(tǒng)處理器連續(xù)運行而負載過重。飛思卡爾半導體推出最新動作傳感技術——MMA8450Q加速度傳感器，MMA8450Q中的智能特性包括：內置中斷驅動的功能和數據速率的可選擇性所帶來的靈活性，以及分辨率、響應時間和電流之間的折衷平衡。
本文旨在闡釋下列各項：
● 如果對低功耗的需求高于高分辨率， 則MMA8450Q能夠降低所有ODR的部件的功耗，從而大幅節(jié)省整體系統(tǒng)耗電量。
● 提供各種情況下正常模式和省電模式的有效位數量以及耗電量。
● 內置功能允許系統(tǒng)MCU或處理器進入休眠模式，等待來自加速度計的中斷。處理器不需要連續(xù)不斷地接入和檢測數據。這與連續(xù)輪詢XYZ數據相比有很多優(yōu)勢，能夠節(jié)省96%的總能耗，無線產品的電池能夠持續(xù)更長的時間。
● 對于要求數據記錄的應用，或等待一個事件，查看觸發(fā)該事件的準確數據時，FIFO具有極大的節(jié)能潛力。處理器/MCU可以進入休眠模式，只有當FIFO數據滿或發(fā)生中斷時才喚醒并刷新數據，而不必每個采樣時都接入數據。節(jié)電范圍從78%到96%或更高，取決于所選MCU和ODR的情況。
● MMA8450Q可以用于在不同的ODR之間循環(huán)，降低設備的耗電量?？梢岳?個可編程功能實現上述目標。
不同的可選輸出數據速率下，耗電程度不一樣。省電模式在Register 0×39系統(tǒng)控制寄存器2，位 0中設置。如果清除該位，設備則進入正常模式。如果設置了該位，則設備進入省電模式。注意在省電模式下，耗電量會降低，但是這種優(yōu)勢的代價是高噪聲。省電模式下內部休眠時間更長、平均數據更少，因此降低了耗電量。位有效數量的變化大約是0.6至0.7位。對于需要高分辨率且耗電量最低的應用，需要進行折衷平衡。
表1、不同數據速率下使用FIFO節(jié)省的電能 
在終端系統(tǒng)應用中的節(jié)能功能
加速度計大多數情況下應用在使用電池供電的便攜式器件中。電池壽命最重要，而降低能耗的能力取決于應用中需要執(zhí)行的操作。在大多數場景中，應優(yōu)先關閉一切，只有在需要時才盡可能快而高效地喚醒，執(zhí)行需要的操作。這通常取決于用戶顯示器、顯示器需要開啟多久以及喚醒該單元的方式。
有時，如果處理器需要開啟并不斷運行，可以“變速”總線時鐘速率來實現節(jié)能目的，也就是說，在快慢時鐘模式間進行切換，而不是在運行和停止之間跳變。內置FIFO是經過驗證的一個優(yōu)勢，因為它限制處理器需要讀取數據的頻率。FIFO在非電池供電的應用中也是一種優(yōu)勢，因為它能夠再次提高計算吞吐量，不需要在每次進行新采樣時都中斷處理器。
大多數MCU/處理器都能夠通過外部中斷離開休眠狀態(tài)，這正是為什么MMA8450Q能夠用于“震動喚醒”或“傾斜喚醒”等。這也證明了MMA8450Q的先進功能的優(yōu)勢所在。多個MCU/處理器還可以通過內部中斷喚醒，通?；诙〞r器間隔——也就是說，每100 ms喚醒一次等。這可以用來執(zhí)行某些定期整理功能（如一天中定時進行），可以包括利用軟件掃描加速度計和處理其數據。關掉MCU的電源與從休眠模式喚醒相比，幾乎沒有任何意義，因為喚醒總是比冷啟動更快。喚醒時間差別會很大，取決于MCU或處理器。例如，某些飛思卡爾的8位MCU能夠在6 μs內從休眠/停止模式喚醒，而其它處理器可能要用大約3 ms。MCU/處理器的快速喚醒時間能夠高效地在休眠和喚醒狀態(tài)之間進行切換。
MMA8450Q在器件中有許多內置功能，讓主機處理器不必連續(xù)采樣XYZ數據，并運行各種算法用于動作檢測、方向檢測、自由跌落或快速晃動。器件有識別這些內置事件的內部智能，一旦檢測到事件便可以改變采樣頻率。例如，在遠程控制器應用中，沒人使用時，遙控器大部分時間都靜止地放在桌上。MMA8450Q可以配置為在休眠模式下使用較低的采樣頻率（50 Hz），然后當用戶拿起遙控，加速度計會切換到喚醒模式下的更快采樣頻率(400Hz)，能夠識別更快的移動動作姿勢。必須啟用和配置保持器件處于喚醒模式的內置模塊。例如，方向檢測能夠配置為與動作檢測一起喚醒器件。方向或動作的所有變化都會使器件處于較高的采樣頻率。器件停止移動時，會返回休眠狀態(tài)，節(jié)省電能。
使用FIFO數據記錄省電
FIFO有助于節(jié)省系統(tǒng)總能耗，將處理器放入休眠模式，直到需要處理來自加速度計的數據時才喚醒。思路是，配置MMA8450Q監(jiān)控想要的中斷，將處理器放入省電模式，直到需要響應加速度計時才喚醒。這樣最大程度地增加了處理器的休眠或省電模式下的時間，最終會實現系統(tǒng)總能耗的最小化，增加電池壽命。FIFO允許處理器在傳感器內部收集采樣時休眠更長時間。這還最大程度地減少了I2C總線上的流量。
應謹慎選擇數據速率的定時和總線速率。例如，將加速度計進入省電模式，以50 Hz (20 ms) 進行采樣，FIFO在數據滿溢模式下運行，并啟用FIFO中斷。中斷將用于觸發(fā)處理器喚醒，進行中斷，并刷新這32個采樣。新數據在刷新過程中不能保存到FIFO里。因此處理器必須喚醒，進行中斷，并在下一個采樣前的20 ms內刷新數據。
使用FIFO一次抽出所有32個采樣能夠節(jié)省開銷。這允許應用處理器能夠進行其它操作或在省電模式下保持更長時間。在400 Hz下進行采樣時，每2.5 ms就會有一個新采樣，不允許在不丟失采樣的情況下花費很多時間用于喚醒和刷新。在400 Hz下，配置FIFO避免丟失數據的最佳方式是設置30個采樣的水印。這是觸發(fā)中斷處理器喚醒的條件。然后，當確認了溢出標記時，每16個采樣（12位數據）刷新一次，這需要2.475ms。處理器會立即進入休眠模式，并繼續(xù)通過該模式循環(huán)，在水印時喚醒，確認了溢出標記時刷新最后16個采樣。刷新8位采樣時，FIFO應有足夠的時間來刷新整個緩存器。
根據表1，這些值可以與典型鋰電池支持一部手機的時長相關。這表示與電池使用壽命相關的節(jié)能。節(jié)能比例僅適用于應用處理器。一塊示例手機電池存儲1200 mA小時。根據該信息進行的比較。這顯示了與喚醒和休眠狀態(tài)之間采用FIFO和循環(huán)方式相比，處理器連續(xù)輪詢數據時所有采樣頻率的總耗電量（處理器+加速度計）。
當處理器連續(xù)運行時，加速度計的耗電量對電池使用壽命的影響很小，因為處理器耗電量大大多于加速度計，因此在大多數情況下，加速度計的電流幾乎可以忽略。典型鋰電池會持續(xù)大約4天，連續(xù)輪詢數據。使用加速度計將處理器放在休眠模式下的功能，對電池使用壽命的影響很大。
正常模式下使用最高采樣頻率時，與在處理器連續(xù)運行的情況下輪詢數據相比，電池的使用壽命增加了4.2倍。在省電模式下使用最低采樣頻率時，節(jié)省的電能可實現22.6倍更長的電池使用壽命。
FIFO的另一個用途是能夠分析截止中斷觸發(fā)事件那一刻發(fā)生的數據。設置了事件的中斷標記后，能夠刷新FIFO（配置在循環(huán)模式下），提取事件之前的32個數據采樣。如果希望中斷后，FIFO將數據保存在FIFO里，那么只能在從喚醒切換到休眠模式時才能進行。否則，必須在事件后刷新FIFO，以便將數據保存在處理器，進行深入分析。配置Single Tap（單擊），并為循環(huán)緩沖模式配置FIFO，以400 Hz的頻率運行。設置了敲打中斷標記時，在中斷的15 ms內讀取FIFO，收集敲打（Tap）的完整簽名，分析事件之前的數據以及事件過程中的數據。在很長的時間內跟蹤事件時，該技術特別重要。MCU或處理器能夠保持休眠模式，直到觸發(fā)事件，它能夠大幅節(jié)省電能。
配置MMA8450Q進入自動喚醒/休眠模式
MMA8450Q能夠配置為根據所選的不同事件，在不同的采樣頻率之間（不同的耗電量）進行切換。通過支持休眠模式并設置超時時間，可實現該功能。然后必須設置中斷功能，將器件喚醒。使用自動喚醒/休眠功能的 加速度計相關文章:加速度計原理
評論