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基于ARM架构的嵌入式Linux开发平台的电源选择

出处:电子发烧友 发布于:2019-03-06 13:44:17 | 80 次阅读

基于ARM架构的高集成度嵌入式处理器的出现为易于使用和低成本的Linux平台开辟了市场。只需几分钟,配备适当的Linux发行版,开发人员就可以将现成的电路板(如BeagleBoard或Panda Board)插入主机PC并开始创建软件。这些系统的易用性意味着嵌入式Linux开发不必局限于专业开发人员 - 实际上所有用户都可以参与构建家庭媒体服务器以及机器人的核心智能,而且经验非常少。甚至学校也开始使用这些电路板来教授计算机科学的元素。

基于ARM架构的嵌入式Linux开发平台的电源选择

图1:显示电路板连接器的BeagleBoard布局,其中几个可用于传输电源。

例如,BeagleBoard计划的目的是以相对较低的成本为广泛的用户提供嵌入式开源开发平台。基于德州仪器OMAP系统级芯片设备中的低功耗ARM Cortex-A系列处理器,最终的嵌入式计算机不需要风扇,这意味着它可以实现静默运行。支持标准接口,支持产品的整个生态系统如雨后春笋般涌现,并且由于已发布的界面,鼓励用户自行开发。同样,Panda Board项目基于德州仪器的另一款基于ARM的OMAP嵌入式处理器。围绕它形成了另一个生态系统。还有一些Linux供应商自己出售用于评估和低容量的Linux计算机,例如飞思卡尔半导体的Sabre和Tower System平台。

如所提供的,一些现成的Linux平台配备了电源。例如,飞思卡尔的Sabre平台配有适当的电源适配器。许多其他产品作为裸板提供,用户负责选择兼容的电源适配器。有些甚至没有传统的直流输入连接器。例如,飞思卡尔塔式系统使用螺钉端子进行专用电源连接。这不需要延迟使系统启动和运行的过程。它可以通过内置USB连接器供电。

塔式系统不仅仅是通过USB支持直流电源。例如,BeagleBoard可以从直流输入插孔插座或使用其中一个USB连接器接收电源。 USB 1.x和2.0规范均提供其一个引脚上承载的5 V标称电源。 USB连接提供的电流是有限的,但对于BeagleBoard等设备来说已经足够了。在USB上,单位负载定义为电流消耗为100 mA。单个设备可以使用多达五个单位的功率,总共500 mA。

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图2:USB引脚排列。 USB可用的电源水平可能不足以为处理器和目标平台上的所有外围设备供电。可以使用Y型电缆为两个USB端口供电或使用带USB电缆的专用电源(如CUI EMSA 5W USB)来提高功率水平。这可以提供与从墙壁插座直接连接BeagleBoard或飞思卡尔塔式系统等平台的两个USB端口相同的功率。

对于更高级别的电源,用户的主要选择是使用专用电源供电到板载电源连接器。对于BeagleBoard,连接器的内径必须为2.1 mm,外径为5.5 mm,长度为9.5 mm。主要要求是外部稳压器提供5 V电源 - 更高的电压可能会损坏电子设备。

适合BeagleBoard的电源是Phihong制造的PSC12R-050。该调节器由120/230 V壁装插座提供电源,专为国际使用而设计。调节器附带了许多插头适配器,可以在欧洲,美国和亚洲使用。当电路板断电时(低于0.3 W),该设备可以消耗很少的电力,并且可以提供高达2 A的电流,即使使用USB Y型电缆供电也可以提供两倍的电流。

Phihong PSAC30U等电源提供更高功率,推荐用于熊猫板等平台。 PSAC30U是一款额定功率高达20 W的台式电源,但具有低功耗静态模式,当熊猫板或其等效电源关闭时,功耗降至0.3 W以下。

可移植性在许多应用程序中都很重要。小型现成Linux平台的低能耗需求使得嵌入式系统可以通过电池供电。 Circuitco Electronics的Battery Cape等配件为BeagleBone提供了一个易于插拔的便携式电源。

该模块使用多达四个标准AA电池以及电源控制和指示灯为BeagleBone提供5 V电源。

如果电池电量不足以保持系统长期运行,请将这些平台中的一个远离墙壁插座供电,这不是问题。以太网为现成的Linux平台提供了进一步的选择。以后对以太网标准的修订使得可以通过标准的5类网络布线提供电力并与标准通信设备共存。

USB可以在最远5米的距离内供电,以太网供电(PoE)可将电源线的有效长度延长至100米。该标准的2003版本允许在44 V至57 V的电压下提供高达15.4 W的直流电源。较高的电压使得可以在较长距离内输出功率而不会造成重大损失。在较低阻力的5类布线的帮助下,2009年后期版本将最大功率提高至34.2 W.

标准的5类数据线内部有4对双绞线,但只有两根用于传输旧的10Base-T和100Base-T以太网标准的数据。未使用的电线可用于提供直流电源。最初的以太网供电(PoE)标准不能用于更高速的网络,例如1000Base-T,因为它们将数据信号分成所有四个双绞线。

2009版本指定了一种类似于用于录音室麦克风的幻象供电技术,通过也用于信令的线路提供直流电压。通过信号线传送相同的DC电压。这与1000Base-T设备兼容,因为核心以太网标准规定在所有信号线上使用变压器耦合。可以从每端变压器上的中心抽头访问直流电源。

基于ARM架构的嵌入式Linux开发平台的电源选择

图3:(上)10/100Base的以太网供电连接-T和(底部)1000Base-T使用幻象电源。

市场上有许多直接支持PoE的产品,但它们往往是针对特定应用的产品,例如互联网电话和安全摄像头。很少有标准Linux平台具有以太网端口,这些端口也将采用直流电源。但是,这并不排除将PoE应用于这些平台,即使在使用不通过数据线传输电源的交换机的网络中也是如此。

Phihong POE14系列适配器可以插在交换机和另一个以太网设备之间,通常是要供电的设备。它将电源分离为直流电源线,可通过直流插孔输入连接器插入现成的Linux平台。 Phihong分配器的电源提示是用户可更改的,以提供与各种电路板的兼容性。 5 V型号可提供高达12.5 W的功率。

要将电源插入以太网电缆,可以使用Laird Technologies POE-48I等插入器。插入器从墙壁插座获取电源并将其转换为使用标准以太网连接器注入网络电缆的48 V DC。

由于支持各种数据连接的直流电流,向现成的Linux平台(如BeagleBoard和Panda Board)供电的选项比乍看之下更广泛。 USB可以为开发阶段提供易于使用的电源,PoE用于远程部署,即使对于电流消耗相对较高的电路板,或者在BeagleBone等功耗较低的平台的情况下也可以使用电池电源。

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