超低功耗MCU的選擇方法

在物聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)下，業(yè)界對(duì)各種電池供電設(shè)備產(chǎn)生了巨大需求。這反過來又使業(yè)界對(duì)微控制器和其他系統(tǒng)級(jí)器件的能源效率要求不斷提高。因此超低功耗MCU與功耗相關(guān)的很多指標(biāo)都不斷得刷新記錄。在選擇合適的超低功耗MCU微控制器時(shí)要掌握必要的技巧，在應(yīng)用時(shí)還需要一些設(shè)計(jì)方向與思路才能夠更好的應(yīng)用。本篇文章主要介紹如何選擇超低功耗MCU。
 
(1）在低功耗設(shè)計(jì)中的，平均電流消耗往往決定電池壽命。如果某個(gè)應(yīng)用采用額定電流為400mAh的Eveready高電量9V1222型電池的話，要提供-年的電池壽命其平均電流消耗必須低于400mAh/8760h，即45.7uA。
 
(2）在使MCU能夠達(dá)到電流預(yù)算的所有功能中，斷電模式最重要。低功耗MCU具有可提供不同級(jí)別功能的斷電模式。低功耗模式0(LPMO）會(huì)關(guān)閉CPU，但是保持其他功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。LPM1與LPM2模式在禁用功能列表中增加了各種時(shí)鐘功能。LPM3是最常用的低功耗模式，只保持低頻率時(shí)鐘振蕩器以及采用該時(shí)鐘的外設(shè)運(yùn)行。LPM3通常稱為實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式，因?yàn)樗窃试S定時(shí)器采用低功耗32768Hz時(shí)鐘源運(yùn)行，電流消耗低于1uA，同時(shí)還可定期激活系統(tǒng)。最后LPM4完全關(guān)閉器件上的包括ram存儲(chǔ)在內(nèi)的所有功能，電流消耗僅100nA。
 
(3)時(shí)鐘系統(tǒng)是MCU功耗的關(guān)鍵。應(yīng)用可以每秒多次或幾百次進(jìn)入與退出各種低功耗模式。進(jìn)人或退出低功耗模式以及快速處理數(shù)據(jù)的功能極為重要，因?yàn)镃PU會(huì)在等待時(shí)鐘穩(wěn)定下來期間浪費(fèi)電流。大多低功耗MCU都具有“即時(shí)啟動(dòng)”時(shí)鐘，其可以在不到10~20us時(shí)間內(nèi)為CPU準(zhǔn)備就緒。重要的是要明白哪些時(shí)鐘是即時(shí)啟動(dòng)以及哪些是非即時(shí)啟動(dòng)的。某些MCU具有雙級(jí)時(shí)鐘激活功能,該功能在高頻時(shí)鐘穩(wěn)定化過程中提供一個(gè)低頻時(shí)鐘（通常為32768Hz),其可以達(dá)到1ms。CPU在大約15us時(shí)間內(nèi)正常運(yùn)行,但是運(yùn)行頻率較低，效率也較低。如果CPU只需要執(zhí)行數(shù)量較少的指令的話，如:25條，其需要763usaCPU低頻比高頻時(shí)消耗更少的電流，但是并不足于彌補(bǔ)處理時(shí)間的差異。某些MCU在6us時(shí)間內(nèi)就可以為CPU提供高速時(shí)鐘，處理相同的25條指令僅需要大約9us(6us激活＋25條指令0.125us指令速率)），而且可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)啟動(dòng)的高速串行通信。
 
(4）如果MCU時(shí)鐘系統(tǒng)為外設(shè)提供多個(gè)時(shí)鐘源的話，當(dāng)CPU處于睡眠狀態(tài)時(shí)外設(shè)仍然可以運(yùn)行。例如，一次A/D轉(zhuǎn)換可能需要一個(gè)高速時(shí)鐘。如果MCU時(shí)鐘系統(tǒng)提供獨(dú)立于CPU的高速時(shí)鐘，CPU就可以在A/D轉(zhuǎn)換器運(yùn)行情況下進(jìn)入睡眠狀態(tài)，從而節(jié)省CPU耗流量。
 
(5）事件驅(qū)動(dòng)功能與時(shí)鐘系統(tǒng)的靈活性并存。中斷會(huì)使MCU退出低功耗模式，因此MCU的中斷越多，其防止浪費(fèi)電流的CPU輪詢與降低功耗的靈活性就越大。輪詢意味著進(jìn)行與不進(jìn)行功耗預(yù)算之間存在差異，因?yàn)樗诘却霈F(xiàn)事件時(shí)會(huì)浪費(fèi)CPU帶寬并需要額外電流。一個(gè)好的低功耗MCU應(yīng)具有充分的中斷功能，為其所有外設(shè)提供中斷，同時(shí)為外部事件提供眾多外部中斷。
 
(6）按鈕或鍵盤應(yīng)用可以證明外部中斷的優(yōu)勢(shì)。
如果不具備中斷功能，MCU必須頻繁輪詢鍵盤或按鈕，以確定其是否被按下。不僅輪詢自身會(huì)消耗功率，而且控制輪詢間隔也需要定時(shí)器，其會(huì)消耗附加電流。在具備中斷情況下，CPU可以在整個(gè)過程中保持睡眠狀態(tài)，只有按下按鈕時(shí)才激活。
 
 
本文關(guān)鍵詞：超低功耗MCU

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