在大多数IoT感测器节点应用中，最隹化船舶模式和睡眠模式是提高电池效率的最隹方法之一。本文比较在船舶模式或睡眠模式下，使用负载开关、RTC和外部按钮控制器的传统解决方案，与使用整合解决方案改进方案的特性，探讨如何在物联网（IoT）感测器节点应用中更好地实现节能。

在典型的物联网（IoT）系统中，感测器节点大部分保持在睡眠模式或船舶模式，只有在需要资料获取时才会切换到活动模式。为了更好地节能，我们需要改进物联网睡眠模式或船舶模式下的电流，从而最大限度地延长电池寿命。

图一 : 物联网系统的典型拓扑图

本文将主要对比在船舶模式或睡眠模式下，传统解决方案（使用负载开关、RTC和外部按钮控制器）与改进方案（使用整合解决方案），看看它们谁更省电。

船舶模式与睡眠模式

大多数情况下，感测器节点保持在睡眠模式或者船舶模式。我们先来了解一下这两种模式：

船舶模式，可延长产品装运阶段的电池寿命。在船舶模式下，电池与系统其馀部分断开电气连接，以在产品闲置或未使用时将功率消耗降至最低。

在睡眠模式，系统的所有周边元件要麽关闭，要麽以最低功率要求运行。物联网装置定期醒来，执行特定任务，然後返回睡眠模式。

透过禁用无线感测器节点的各种周边元件，可以实现不同的睡眠模式。例如，在数据机睡眠中，仅禁用通讯区块。在浅睡眠模式下，包括通讯区块、感测器区块和数位区块在内的大多数区块都被禁用；而在深睡眠模式中，无线感测器节点完全断电。

在感测器节点中启用深度睡眠模式可以最大化电池寿命；因此，最隹化深度休眠电流是提高整体电池寿命的唯一方法。

传统节能解决方案：使用RTC、负载开关和外部按钮控制器

以下是一个范例，其使用传统解决方案来实现感测器节点的节能，包括采用了负载开关、RTC及外部按钮控制器等功能模组。

图二 : 传统解决方案架构图

传统解决方案中，负载开关和RTC（Real-time clock；即时时钟晶片）用於打开／关闭无线感测器节点。在这种方法中，只有负载开关和RTC同时作用，才能使无线节点处於活动状态，从而将整体静态电流降低到毫安培。这里的睡眠时间可以透过无线感测器节点内的MCU程式设定。

外部按钮控制器可以连接到负载开关，以启用船舶模式功能。外部按钮将退出船舶模式，并进入无线感测器节点正常操作模式。

小秘诀：外部按钮控制器

外部按钮控制器具有电池「保鲜密封（Battery Freshness Seal）」功能，它是一种微处理器监控电路的功能，外部按钮控制器在VCC首次供电以前，断开备份电池与任何下游电路的连接，如此能够保证备份电池在电路板首次供电使用以前不会放电，因此可延长电池寿命。

图三 : ADI的MAX16150 架构图

改进的解决方案

在下个范例中，使用采用ADI MAX16163 / MAX16164的改进解决方案，该方案取代了传统解决方案的负载开关、RTC和外部按钮控制器。

图四 : 使用MAX16163的改进解决方案

MAX16163 / MAX16164是类比装置的奈米功率控制器，具有开／关控制器和可程式化的睡眠时间功能。这些元件改进了一个电源开关，用於对输出进行选通，提供可达200mA的负载电流，以简化BOM并降低成本。

无线感测器节点单元通过MAX16162 / MAX16163连接到电池。睡眠时间可由MCU程式设定，也可使用PB/SLP接地的外部电阻器或MCU的I2C命令设置，外部只加一个按钮用於退出装置的船舶模式。

解决方案的性能比较

两种方案的性能比较取决於物联网应用的占空比。在占空比较小的应用中，睡眠电流是衡量物联网装置运行时系统效率的指标，关机电流是衡量船舶模式功率消耗的指标。为了展示解决方案的模式，我们选择具有极小静态电流的RTC MAX31342、外部按钮控制器MAX16150和微型负载开关TPS22916。

RTC使用I2C通讯程式设定，设置物联网应用程式的睡眠时间，当计时器到期时，中断讯号下拉MAX1615的PBIN接脚，其将输出设置为高并接通负载开关。在睡眠期间，只有TPS22916、MAX31342和MAX16150消耗电力系统电源。