Ток ESP32 во сне и время работы от батареи

Формула

За N пробуждений радио работает один раз, поэтому его заряд делится на N:

где I_сон′ = I_сон + I_доб — ток чипа во сне вместе с добавкой флеш-памяти и PSRAM.

Ток радио — смесь приёма и передачи: I_радио = I_RX(1 − d) + I_TX d, где d — доля передачи. Даташиты дают пиковый ток передачи и ток приёма, но не долю — её задаёт пользователь, 10 % по умолчанию — допущение, а не данные Espressif. Время работы — как в калькуляторе времени работы от батареи: ёмкость, умноженная на используемую долю, делённая на средний ток.

Токи сна по даташитам

Значения — типичные (Typ), максимальных Espressif для этих режимов не приводит. Условия измерения — 3,3 В и 25 °C — даташиты указывают только для таблиц радио. У отдельного экземпляра и при нагреве ток сна выше.

У C6 и H2 два значения light-sleep: меньшее — когда периферия обесточена, а не просто остановлена. В режиме «выключен» — CHIP_PU или EN в нуле — у всех чипов 1 мкА. Даташиты модулей ESP32-S2-MINI-1, S3-WROOM-1, C3-MINI-1, C6-WROOM-1 и H2-MINI-1 повторяют эти таблицы.

Работа и радио

В рабочем режиме без радио — modem-sleep — ток зависит от частоты и нагрузки. ESP32 даёт его диапазоном, например 27–44 мА при 160 МГц на двух ядрах, остальные чипы — двумя значениями: с выключенными и включёнными тактами периферии. При чтении из флеш-памяти ток выше: даташиты S2, S3 и C3 называют 10 мА для флеш-памяти на 80 Мбит/с в режиме SPI 2-line.

Ток радио в даташитах — пиковый при передаче со скважностью 100 %. Исключение — ESP32: даташит чипа измерил передачу при скважности 50 % — 240, 190 и 180 мА, — и это занижает ток во время самой передачи. Поэтому для Wi-Fi ESP32 калькулятор берёт пиковый ток модуля ESP32-WROOM-32E при 100 % из его даташита: 379 мА для 802.11b, 276 мА для 802.11g, 258 и 211 мА для 802.11n. Для Bluetooth другой цифры нет, и 130 мА при 50 % тоже занижены. Приём ESP32 указан как 95–100 мА, калькулятор берёт верхнюю границу; у модуля средний ток приёма ещё выше — 112 мА, так что для оценки лучше ошибиться в большую сторону. Время подключения к Wi-Fi даташиты не нормируют: оно зависит от точки доступа, DHCP и того, сохранены ли параметры сети. Его надёжнее измерить.

Плата и загрузка

Главная ошибка расчёта — забыть плату. Токи покоя стабилизатора, моста USB-UART и светодиода питания текут всегда, и на отладочной плате их сумма обычно в сотни раз больше тока спящего чипа. Поля «Плата, всегда» и «Добавка во сне» заполняются по даташитам этих микросхем или по измерению — калькулятор их не придумывает. «Добавку во сне» — флеш-память и PSRAM — калькулятор учитывает только в light-sleep: по руководству ESP-IDF в light-sleep флеш по умолчанию остаётся под питанием, а esp_deep_sleep_start() отключает её всегда.

После deep-sleep программа начинается с загрузчика, а не с места остановки, и это время с рабочим током тоже входит в каждое пробуждение. Его стоит измерить и включить в «Работу без радио». Таблица под калькулятором показывает тот же цикл во всех режимах сна выбранного чипа, а ниже — какие источники будят его из light-sleep и deep-sleep по руководству ESP-IDF v6.1.