【導讀】許多物聯(lián)網(wǎng)設備都由電池供電，而其中一項重要運作因素，就是正常使用情況下的電池壽命。延長(cháng)電池壽命可以改善用戶(hù)體驗、降低維護成本并減少浪費。
許多物聯(lián)網(wǎng)設備都由電池供電，而其中一項重要運作因素，就是正常使用情況下的電池壽命。延長(cháng)電池壽命可以改善用戶(hù)體驗、降低維護成本并減少浪費。
工程師可以選擇容量更大的電池來(lái)延長(cháng)電池壽命，但這會(huì )增加成本、體積和重量。更好的辦法是在設計物聯(lián)網(wǎng)設備時(shí)采用系統化的方法，確保在運行過(guò)程中不會(huì )浪費一點(diǎn)一滴的能量。
蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設備使用 LTE-M 或 NB-IoT 協(xié)議，這兩種協(xié)議都是為低功耗運行而設計的。除此以外，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設備的總體能耗取決于其關(guān)鍵組件的效率和應用。
為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)省電的技術(shù)
雖然無(wú)線(xiàn)電傳輸不是影響電池壽命的唯一因素，但卻是造成電流消耗的最主要因素。LTE-M/NB-IoT 開(kāi)動(dòng)無(wú)線(xiàn)電、發(fā)送數據和進(jìn)入休眠的速度越快，或者 GNSS 無(wú)線(xiàn)電固定一組衛星、確定位置和休眠的速度越快，物聯(lián)網(wǎng)設備的效率就越高。
為了確保蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設備一直保持登入和連接網(wǎng)絡(luò )，以便在需要時(shí)能夠即時(shí)發(fā)送數據，一些無(wú)線(xiàn)電運作是必要的。不過(guò)，有幾種省電技術(shù)可減少無(wú)線(xiàn)電傳輸時(shí)間，同時(shí)確?？煽康木W(wǎng)絡(luò )連接。
第一種技術(shù)稱(chēng)為 “擴展不連續接收(eDRX)”。使用 eDRX 時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)設備連接網(wǎng)絡(luò )的頻率較低，因此無(wú)需頻繁開(kāi)動(dòng)無(wú)線(xiàn)電，從而節省了電量。這需要權衡利弊：蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設備處于休眠狀態(tài)時(shí)，無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )，因此會(huì )帶來(lái)延遲。開(kāi)發(fā)人員必須確定合適的 eDRX 間隔，從而在功耗和延遲之間取得平衡，以滿(mǎn)足應用需求。
第二種節能技術(shù)稱(chēng)為 “省電模式”(Power Saving Mode, PSM)，使得蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設備進(jìn)入更深的睡眠狀態(tài)。它可以關(guān)閉調制解調器，但設備仍然保持登入網(wǎng)絡(luò )。設備在預先設定的時(shí)間內無(wú)法連接，但可以在需要時(shí)隨時(shí)喚醒(例如，響應警報)。
nRF9151 采用 Nordic 自主研發(fā)的省電技術(shù)
eDRX 和 PSM 是任何蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設備制造商都可采用的標準省電技術(shù)。Nordic 具備知名的超低功耗專(zhuān)業(yè)技術(shù)，其最新的低功耗蜂窩物聯(lián)網(wǎng)解決方案 nRF9151 SiP 大大提高了節能效果。nRF9151的設計重點(diǎn)是降低功耗，除了Nordic自主研發(fā)的多種省電功能之外，還完全支持 eDRX 和 PSM。
Nordic 的其中一種省電技術(shù)是“降低移動(dòng)性”，它限制了蜂窩之間的交換，為大部分時(shí)間處于靜止狀態(tài)的設備減少調制解調器活動(dòng)。另一項技術(shù)是“特定國家搜索優(yōu)化(country-specific search optimization)”，可預先加載 70 個(gè)國家的網(wǎng)絡(luò )搜索參數，在新地點(diǎn)搜索網(wǎng)絡(luò )時(shí)可節省耗電量。第三種技術(shù)是 “提前中止網(wǎng)絡(luò )搜索(abort network search early)”，在無(wú)線(xiàn)電連接質(zhì)量較差的情況下，可以指示調制解調器暫時(shí)中止連接網(wǎng)絡(luò )的初步嘗試，稍后再試，以免因為長(cháng)時(shí)間搜索網(wǎng)絡(luò )而消耗能量。
Nordic 的 nRF9151 調制解調器還提供 “連接預評估(pre-evaluation of a connection) ”功能。在連接和傳輸數據之前，調制解調器會(huì )評估發(fā)送數據時(shí)的估計功耗，并提供估計值(“優(yōu)”、“良”、“正?！?、“差 ”或 “壞”)以及無(wú)線(xiàn)電鏈路質(zhì)量、信噪比 (SNR)、發(fā)射功率和路徑損耗等原始參數信息。分析蜂窩下行鏈路的無(wú)線(xiàn)電環(huán)境后，應用程序便可根據其能效要求決定是否發(fā)送數據。
補助電池電量
設計 nRF9151 時(shí)，Nordic考慮到某些應用僅利用采集的能量(如光伏 (PV) 能量)為 SiP 供電。然而，無(wú)論蜂窩物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品本身的效率如何，能量采集都將大大延長(cháng)其電池壽命。就 nRF9151 SiP 而言，能量采集不會(huì )削弱芯片連接或計算能力。
然而，能量采集可能會(huì )限制應用的占空比。幸好靈活的Nordic 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)解決方案可以輕松優(yōu)化占空比，以滿(mǎn)足蜂窩物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品電池的預期能量?jì)洹?br style="padding: 0px; margin: 0px auto;"/>
nRF9151 支持Class 5輸出
nRF9151 的另一項增強功能是支持Power Class 5 20 dBm輸出功率，它與現有 nRF91 系列Power Class 3 23 dBm輸出功率相輔相成，有助于延長(cháng)某些應用中的電池壽命。如果Class 5輸出功率與應用需求相匹配，則額外的輸出功率支持可節省發(fā)射功率，幫助節省電池能量。這項增強功能為開(kāi)發(fā)人員提供了更大的靈活性，擴大了這款SiP 的部署使用范圍。
例如，高效的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)SiP使資產(chǎn)跟蹤器制造商能夠制造出重量輕、體積小、具有強大處理能力的設備，充電后能運行數年時(shí)間，從而降低了維護要求。同時(shí)，大幅減少電池的生產(chǎn)和處理也對環(huán)境有益。
（來(lái)源：Nordic Semiconductor公司Martin Lesund）
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