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超低功耗MCU的选型技巧与设计思路

导读: 选择一款最适合您自己应用的超低功耗mcu并非易事,并不像对比数据表前面的数据那么简单。我们必须详细对比 mcu 功能,包括:断电模式 定时系统 事件驱动功能 片上外设 掉电检测与保护 漏电流 处理效率。还可以关闭外设时钟,注意I/O口的电平状态等措施来降低功耗。

  循序渐进式的功耗优化已经不再是超低功耗mcu的游戏规则,而是“突飞猛进”模式,与功耗相关的很多指标都不断刷新记录。我们在选择合适的超低功耗mcu时要掌握必要的技巧,在应用时还需要一些设计方向与思路才能够更好的应用。

  一:超低功耗mcu-低功耗mcu的选择方法

  嵌入式微控制器 (mcu)的功耗在当今电池供电应用中正变得越来越举足轻重。大多mcu 芯片厂商都提供低功耗低功耗产品,但是选择一款最适合您自己应用的产品并非易事,并不像对比数据表前面的数据那么简单。我们必须详细对比 mcu 功能,以便找到功耗最低的产品,这些功能包括:断电模式 定时系统 事件驱动功能 片上外设 掉电检测与保护 漏电流 处理效率。

  ----在低功耗设计中,平均电流消耗往往决定电池寿命。例如,如果某个应用采用额定电流为 400mAh 的 Eveready 高电量 9V 1222 型电池的话,要提供一年的电池寿命其平均电流消耗必须低于 400mAh/8760h,即45.7uA。

  ----在使 mcu 能够达到电流预算的所有功能中,断电模式最重要。低功耗 mcu 具有可提供不同级别功能的断电模式。例如,TI 超低功耗 mcu MSP430 系列产品可以提供 5 种断电模式。低功耗模式 0 (LPM0) 会关闭 CPU,但是保持其他功能正常运转。LPM1 与 LPM2 模式在禁用功能列表中增加了各种时钟功能。LPM3 是最常用的低功耗模式,只保持低频率时钟振荡器以及采用该时钟的外设运行。LPM3 通常称为实时时钟模式,因为它允许定时器采用低功耗 32768Hz 时钟源运行,电流消耗低于 1uA,同时还可定期激活系统。最后,LPM4 完全关闭器件上的包括 RAM 存储在内的所有功能,电流消耗仅 100 毫微安。

  ----时钟系统是mcu功耗的关键。应用可以每秒多次或几百次进入与退出各种低功耗模式。进入或退出低功耗模式以及快速处理数据的功能极为重要,因为 CPU会在等待时钟稳定下来期间浪费电流。大多低功耗 mcu 都具有“即时启动”时钟,其可以在不到 10~20us 时间内为 CPU 准备就绪。但是,重要的是要明白哪些时钟是即时启动、哪些非即时启动的。某些 mcu 具有双级时钟激活功能,该功能在高频时钟稳定化过程中提供一个低频时钟(通常为32768Hz),其可以达到 1 毫秒。CPU 在大约 15us 时间内正常运行,但是运行频率较低,效率也较低。如果 CPU 只需要执行数量较少的指令的话,如:25 条,其需要 763us。CPU 低频比高频时消耗更少的电流,但是并不足于弥补处理时间的差异。相比而言,某些 mcu 在 6 微秒时间内就可以为 CPU 提供高速时钟,处理相同的 25 条指令仅需要大约 9us(6us 激活+25 条指令′0.125us指令速率),而且可以实现即时启动的高速串行通信。

  ----另外,如果 mcu 时钟系统为外设提供多个时钟源的话,当 CPU 处于睡眠状态时外设仍然可以运行。例如,一次 A/D 转换可能需要一个高速时钟。如果 mcu 时钟系统提供独立于 CPU 的高速时钟,CPU 就可以在 A/D 转换器运行情况下进入睡眠状态,从而节省 CPU 耗流量。

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责任编辑:Alvin
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