A mérések eredménye: a modulok teljesítményfelvétele rendkívül nagy mértékben függ az üzemállapottól, 1 µA (Stop üzemmód) és 2 A (adatátviteli üzemmód) között változik. Ennek megfelelően az alkalmazástól függően változnak az átlagos értékek is — attól függően, hogy ezek többnyire milyen üzemmódban működnek. Például egy festmény felügyeletét szolgáló nyomkövető rendszernek csupán néhány mikroamper üzemi áramra van szüksége. A készülék csaknem mindig készenléti állapotban található, és csak akkor hoz létre kapcsolatot, amikor riasztásra kerül sor. Az alkalmazásban 10-es GPRS-osztály és 2 W-os kiindulási teljesítmény mellett 480 mA átlagos fogyasztás mérhető.
Mivel a teljesítményfelvétel mindkét irányban nagyon nagy ingadozásokat mutat, az átlagérték csupán részben nyújt segítséget. Egyes áramköri egységeket a csúcsértékeknek megfelelően kell méretezni. A készülék fogyasztása csak akkor optimalizálható, ha ismert az egyes üzemmódok minden paramétere. A Rutronik ezeket az adatokat dokumentálta egy méréssorozat során. Az áramcsúcsok feljegyzésére egy tárolóoszcilloszkópot használtunk. A 100 m?-os mérőellenállást sorba kapcsoltuk a Telit GL865-Quad GPRS-modullal. „A mérőberendezést tudatosan úgy választottuk meg, hogy lehetőség szerint általánosan érvényes értékeket kapjunk, amelyek minden készülék fejlesztéséhez jó döntési alapot szolgáltatnak” — magyarázta Harald Naumann, a Rutronik wirelessre specializálódott alkalmazási mérnöke. Az eredmények:
1 µA: Stop üzemmódban |
1,5 mA: GPRS-modul Idle (inaktív) üzemmódban SMS vagy hívás, adatok (CSD), vagy fax fogadásához. Ennek során nincs szükség GPRS-kapcsolat létrehozására.
21 mA: GPRS-vételi üzemmódban az internetes szerverrel való kapcsolat.
230 mA: 8-as GPRS-osztállyal az átvitel alatt
A fax-, hívásvagy adatátvitelhez, vagy a 8-as osztályú GPRS-kapcsolathoz a 850/900 GSM-sávokon a legnagyobb teljesítményfokozaton átlagban max. 230 mA szükséges.
360 mA: 10-es GPRS-osztállyal az átvitel alatt
10-es GPRS-osztály esetén a GPRS-modul átviteli sebessége gyorsabb, ezáltal megduplázódik a modul átlagos áramfogyasztási értéke, és akár a 360 mA értéket is elérheti.
1 A
Az 1800 és 1900-as GSM-sávokban a csúcsáram elérheti akár az 1 A értéket is. Ennek során a GPRS-adatok átvitele csomagokban történik.
2 A
2 A fölött
Egyes GSM-modulok esetén 2 A fölé emelkedhet az áram a rosszul megválasztott antennák miatt. Ha az antennán túl nagy a veszteség, az alapállomás több teljesítményt követel a modultól. A rossz minőségű antennák nagyon megnövelik az áramfogyasztást. A fejlesztőknek ezért ajánlatos a tervezéskor kiváló minőségű antennákat választani a teljesítményfelvétel alacsony szinten tartása érdekében.
„A mérések rámutatnak, hogy valójában mekkorák a különbségek — folytatta Naumann, a wireless-szakértő. — Végeredményben 1 µA és 2 A között bármely érték lehetséges. Továbbá a méréssorozatunkból világossá válik, hogy mennyi energia szükséges csupán a GSM-hálózatba való bejelentkezéshez.” A 4. szemléltető ábrán az az áramfogyasztás látható, amely a berendezés bekapcsolása és a PIN kód megadása után volt tapasztalható. Több 2 A-es csúcs is látható, majd rövid szünet után további ugyanakkora csúcsok következnek. Ezek a bázisállomás keresése miatt lépnek fel, ha az első állomásnál nem állt rendelkezésre szabad kapacitás. Amint már említettük, a csúcsok elérik a 2 A, az átlagfogyasztás pedig a 230 mA értéket. A kapcsolat létrehozása során 4,5 másodpercig 2 A-es csúcsok mérhetők, tehát 230 mA × 4,5 s = 1035 mAs. Ha a kapcsolat létrehozása csak 1 másodpercig tart, akkor 250 mA × 1 s = 230 mAs az eredmény.
A GPS-modulok üzemmódjai
A számos energiatakarékos mód közül példaként csupán a SiRFaware üzemmódot említjük. Az áramfogyasztás — és az elérhető pontosság is — a használt GPS-csatornák számával arányosan nő. A rendelkezésre álló GPS-műholdak száma a Föld görbülete által korlátozott. A legújabb modulok öt különböző navigációs rendszer párhuzamos vételére képesek. Európában ez jelenleg a GPS és a Glonass, belátható időn belül a Galileo is következik.
58 mW GPS-szel
58 mW/3,8 V = 15 mA vagy 70 mW/3,8 V = 18,4 mA. Az áramfogyasztásnak a lehető legalacsonyabb értéken tartásához az első helyzetmeghatározáshoz szükséges idő csökkentése a döntő tényező. Az A-GPS lényegesen le tudja rövidíteni ezt az időt. Azok a fejlesztők, akik Fastrax GPS-modulokat használnak, ingyenes hozzáférést kapnak a Fastrax A-GPS szerverhez. Ezzel gyorsítani tudják a helyzetmeghatározást, és minimalizálják készülékeik teljesítményfelvételét.
500 µA a SiRFaware számára
Azon alkalmazások számára, amelyekhez gyakran szükség van az aktuális GPS-pozícióra, ajánlatos az SiRFaware használata. Ezek a technológiák a háttérben töltik az ephemeris adatokat. Ezzel párhuzamosan szinkronizálják a valós idejű órát. A fogyasztás ennek során átlagban 500 µA. Ez jelentős megtakarítást jelent a SiRFaware nélküli hosszabb ideig tartó helyzetmeghatározás során fellépő áramfogyasztással szemben.
150 mW GPS/Glonass-szal
Azon alkalmazások esetén, amelyeknek kritikus helyzetekben megbízható adatokat kell szolgáltatniuk, nem az energiahatékonyság a döntő kritérium. Ebben az esetben gyakran a nagyobb áramfogyasztás a jobb választás. Így a kombinált GPS/Glonass modul (mint pl. a Fastrax IT600) alkalmazása esetén a teljesítményfelvétel a modul által a műholdvételre aktívan használt csatornák számával nő. Ezzel egyidejűleg javul a helyzetmeghatározás: max. 32 csatorna párhuzamos vételezése lehetséges. Párizsban egy teszt során a modul egyidejűleg 21 csatornát vételezett. Mivel az IT600 a Galileo-rendszer műholdjainak vételére is képes, ezen műhold későbbi üzembe helyezése után a 32 csatorna jól kihasználható lesz. A Fastrax IT600 az amerikai GPS, az orosz Glonass, a jövőbeli európai Galileo mellett a japán QZSS, a kínai Compass és az összes SBAS-rendszer feldolgozására is képes.
A GPS-modul, ill. a GNSS-modul (Global Navigation Satellite Systems, globális navigációs műholdrendszerek), az A-GPS, ill. A-GNSS koncepció és az energiatakerékos mód kiválasztása döntő mértékben befolyásolja a helymeghatározó készülék teljesítményfelvételét és a készenléti időt. „Ez azonban nem is annyira triviális, mint gondolnánk, hiszen nem létezik sem az egyedül helyes GPS-modul, sem az egyetlen helyes energiafogyasztási koncepció — magyarázta Harald Naumann. — A fejlesztőknek a készülék kialakítása előtt ezért egy egész sor kérdést kell feltenniük. Elegendő-e egy GNSS-modul, amely a GPS-t támogatja vagy egy hibrid GPS/Glonass/Galileo-modul szükséges? Van-e értelme A-GPS-t használni? Célszerűek-e a forgásmérő, gyorsulásérzékelő, nyomásérzékelő, magnetométervagy tachométer-interfészek? Ajánlatos-e először kifejleszteni egy prototípust annak érdekében, hogy meggyőződjünk arról, hogy melyik érzékelők támogatják a legjobban a helyzetmeghatározást? Segítségre szolgál-e az öt energiatakarékos mód egyike, és ha igen, melyik? Melyik antennák a legalkalmasabbak? Miután mindezek a kérdések tisztázódtak, ugyanezeket a tényezőket a GSM/GPRS-modul számára is meg kell határozni. Elegendő-e a GSM? Szükség van-e GPRS-re? Alkalmas-e az USSD az energiafogyasztás csökkentésére? Hogyan érhető el az SAR, az európai R&TTE, az amerikai FCC, ill. PTCRB, az európai ATEX (ATmosph?re Explosible) vagy a brazil Anatel? Melyik energiaellátási koncepciót vagy milyen elemet kell használni? Ezen komplex döntéshozatali folyamat során elegendő wireless-szaktudás nélkül a fejlesztők könnyen tévútra juthatnak. A Rutronik tapasztalt termék- és alkalmazás-specialistái támogatják őket, hogy a készülék kialakítása során gyorsan és biztonságosan a célegyenesbe navigáljanak.”
