La conception d’un nouvel appareil électronique est souvent une affaire de compromis, notamment pour concilier coût et performances. Sur les marchés où le prix représente le nerf de la guerre, comme celui des produits grand public, le choix du microcontrôleur ou du microprocesseur qui constituera le cœur du système embarqué est sans aucun doute la décision qui influence le plus les performances. En outre, certaines propriétés d’un système embarqué entrent parfois en concurrence et peuvent en affecter les performances globales. Dans cet article, nous ne retiendrons que les aspects suivants :
Dans le cas d’appareils alimentés par batterie ou faisant appel à une technologie de captage d’énergie, il est essentiel de concevoir un système à faible consommation d’énergie. Il convient dès lors de se poser les bonnes questions, parmi lesquelles :
Une fois que l’on a pu se faire une idée générale des exigences fonctionnelles, vient le moment d’estimer grossièrement le budget de puissance. Tout d’abord, nous pouvons additionner tous les appels de courant des périphériques externes. Ce n’est qu’alors qu’on peut enfin se pencher sur les différents microcontrôleurs ou microprocesseurs susceptibles de répondre aux exigences fonctionnelles du système et vérifier leur efficacité énergétique. En règle générale, les fiches techniques indiquent l’efficacité énergétique en milliampères (µA) par rapport à une fréquence d’horloge. Prendre le temps de rechercher et de sélectionner le microcontrôleur ou le microprocesseur le plus adapté en termes de fonctionnalités et de performances constitue la plus grande étape vers une conception basse consommation. Une fois que nous avons une idée concrète de la consommation d’énergie attendue de l’appareil en mode actif et en mode veille, nous pouvons passer au choix de la batterie. Quelques petites opérations mathématiques nous donneront une estimation de la durée de charge pour chacune des options envisagées. Ce faisant, n’oublions pas que la chimie de la batterie est elle aussi un facteur déterminant. Par exemple, les accumulateurs nickel-cadmium (NiCd) et nickel-hydrure métallique (NiMH) tiennent mal la charge dans les climats froids.
Une fois que nous avons répondu dans les grandes lignes aux questions d’architecture, nous pouvons nous pencher sur les aspects de la conception qui permettent d’optimiser le système embarqué par rapport à la consommation d’énergie prévue. Il semble utile à ce stade de répéter quelques règles de base de la conception à prendre en compte pour le matériel et le micrologiciel :
Optimiser sa conception par rapport à la consommation d’énergie ne permet pas seulement de prolonger la durée de vie de la batterie, mais présente aussi d’autres avantages. Moins de puissance, c’est aussi moins de chaleur qui se dégage et par conséquent une plus grande fiabilité et moins de risques de pannes causées par un excès de chaleur. Enfin, veillez à bien vérifier votre conception. Même si vous ne disposez que de matériel USB peu coûteux, sortez vos wattmètres, multimètres, joulescopes et autres analyseurs d’énergie et prenez le temps d’observer la consommation électrique de l’appareil en laboratoire et en situation réelle. Facilitez-vous la tâche en prévoyant des points de test sur la carte pour mesurer le courant et la tension.
À propos de l’auteur
Ingénieur de formation, Michael Parks est le propriétaire de Green Shoe Garage, un studio de conception pour appareils électroniques personnalisés et un cabinet de conseil en technologie situé dans le sud du Maryland. Il est également le producteur de « S.T.E.A.M. Power », un podcast pour familiariser le grand public avec des questions techniques et scientifiques. Ingénieur professionnel agréé dans l’État du Maryland, il est aussi titulaire d’une maîtrise en ingénierie des systèmes de l’Université Johns Hopkins.