El botón de encendido en los dispositivos actuales

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Hasta hace no mucho, todos los aparatos que nos rodean, ya sean alimentados por baterías o desde la corriente eléctrica, disponían de un botón de encendido con dos posiciones que desconectaba el aparato completamente de la fuente de alimentación. Las únicas excepciones eran los aparatos que siempre debían estar conectados (despertadores, etc.). Algunos de estos lo implementaron de una forma más o menos disimulada en la interfaz (p.e. el temporizador de un horno), pero en otros aparatos, como televisiones, siempre suponía levantarse a pulsar el botón para encenderla.

En el caso de los aparatos alimentados por baterías, estos botones comenzaron a desaparecer antes que en los dispositivos domésticos, siendo sustituidos por un botón que, habitualmente mediante una pulsación larga, encendida o apagaba el dispositivo. Esto permitía ahorrar un botón voluminoso debido al mecanismo de enclavamiento y sólo servía para esta función. Esta forma de encendido tenía un pequeño problema, que no era útil para reiniciar el dispositivo cuando se quedaba bloqueado. Pero tampoco supuso un problema, siempre era accesible abrir la tapa de la batería y quitarla para solucionar el problema.

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Batería integrada (iPhone X).

Sin embargo, cada vez más dispositivos portátiles no permiten extraer la batería, por lo que se añaden algunas soluciones hardware para poder reiniciar el dispositivo si se queda colgado. Estas requieren, además de los componentes adicionales, una serie de consideraciones en el software que controle el dispositivo. Por otro lado, debido al aumento de funciones que realizan los dispositivos, cada vez tiene menos sentido apagarlos completamente cuando no están en uso. Estos periodos de inactividad son aprovechados por los dispositivos para descargar e instalar actualizaciones, u ofrecer funciones adicionales, como las alarmas en un teléfono móvil. En términos de experiencia de uso también suponen una ventaja, ya que reducen fricción en la interacción con el dispositivo; siempre es más probable que se use el dispositivo si siempre está listo para ser utilizado, sin tiempos de inicio ni carga.

En cuanto al desarrollo del dispositivo, supone un mayor cuidado en algunas areas:

  • Topología de alimentación: en general el dispositivo ha de ser mucho más eficiente energéticamente. En el caso de los dispositivos conectados a la red eléctrica, estos suelen estar regidos por regulaciones como la Energy Star estadounidense o su equivalente europeo, que fija unos consumos máximos en los modos de standby. Por otro lado, elementos como las fuentes de alimentación (incluidos cargadores de móviles y similares) tienen especificaciones parecidas.
    En el caso de dispositivos alimentados por baterías, el mayor problema es la duración de la misma cuando no se está usando. Esto lleva al empleo de reguladores conmutados mucho más eficientes, reducción (dinámica o fija) de las tensiones de alimentación, y la desconexión selectiva de partes del dispositivo (como la pantalla o radio). Otros aspectos que no se suelen considerar por ser despreciable su efecto, como el leakage en los condensadores de alimentación o pullups pueden ser significativos en el consumo en los modos de standby.
  • Control de brownout: si no hay la posibilidad de desconectar la batería, cuando esta no pueda proporcionar suficiente energía para que funcione el sistema, causará que no funcione correctamente pudiendo quedar bloqueado. Para ello se suelen implementar supervisores de alimentación que lo apaguen de forma preventiva, a la par que sólo permitan que se encienda cuando haya disponible energía suficiente para que arranque completamente. Esto es muy habitual en dispositivos alimentados por baterías de litio, ya que si se descargan en exceso sufren deterioro, por lo que estos dispositivos suelen impedir encenderlos cuando la batería está cerca de agotarse.
  • Control hardware de botones: dado que no hay botones de apagado, ni suele ser posible desconectar la batería en los dispositivos portátiles, se suelen implementar mecanismos hardware para poder reiniciar el dispositivo si este se cuelga. Para ello se suelen incluir circuitos de supervisión y reset, que permiten conmutar la señal de reset si una señal externa cumple ciertas características (como una pulsación muy larga en un botón).
  • Ship mode: de nuevo, debido a las baterías integradas, el consumo en standby puede suponer que, desde que se fabrica el dispositivo hasta que llega al cliente, se agote la batería completamente. Esto no solo es una “primera experiencia” de uso negativa, sino que puede suponer que la batería se deteriore. Para ello, muchos controladores de alimentación suelen disponer de un modo llamado ship mode que apaga completamente el dispositivo aislandolo de la batería para evitar este consumo. Para salir de este modo basta que el usuario pulse un botón concreto o lo conecte al cargador.
  • Gestión software de los modos de energía: todo el trabajo en el diseño hardware no es útil si la aplicación del dispositivo no gestiona adecuadamente los modos de inactividad, usando las funciones hardware disponibles (escalado dinámico de la tensión, desconexión de periféricos) y reduciendo las tareas innecesarias durante los periodos de inactividad.

Gran parte de las funciones hardware se suelen concentrar en los PMICs (Power Management IC), estos condensan cargadores de baterías, reguladores, y funciones adicionales como la gestión de botones de reset o monitorización de la carga.

Arquitectura del PMIC bq25121.
Arquitectura del PMIC bq25121.