超低功耗MCU的選擇方法

在物聯網的推動下，業界對各種電池供電設備產生了巨大需求。這反過來又使業界對微控制器和其他系統級器件的能源效率要求不斷提高。因此超低功耗MCU與功耗相關的很多指標都不斷得刷新記錄。在選擇合適的超低功耗MCU微控制器時要掌握必要的技巧，在應用時還需要一些設計方向與思路才能夠更好的應用。本篇文章主要介紹如何選擇超低功耗MCU。
 
(1）在低功耗設計中的，平均電流消耗往往決定電池壽命。如果某個應用采用額定電流為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能夠達到電流預算的所有功能中，斷電模式最重要。低功耗MCU具有可提供不同級別功能的斷電模式。低功耗模式0(LPMO）會關閉CPU，但是保持其他功能正常運轉。LPM1與LPM2模式在禁用功能列表中增加了各種時鐘功能。LPM3是最常用的低功耗模式，只保持低頻率時鐘振蕩器以及采用該時鐘的外設運行。LPM3通常稱為實時時鐘模式，因為它是允許定時器采用低功耗32768Hz時鐘源運行，電流消耗低于1uA，同時還可定期激活系統。最后LPM4完全關閉器件上的包括ram存儲在內的所有功能，電流消耗僅100nA。
 
(3)時鐘系統是MCU功耗的關鍵。應用可以每秒多次或幾百次進入與退出各種低功耗模式。進人或退出低功耗模式以及快速處理數據的功能極為重要，因為CPU會在等待時鐘穩定下來期間浪費電流。大多低功耗MCU都具有“即時啟動”時鐘，其可以在不到10~20us時間內為CPU準備就緒。重要的是要明白哪些時鐘是即時啟動以及哪些是非即時啟動的。某些MCU具有雙級時鐘激活功能,該功能在高頻時鐘穩定化過程中提供一個低頻時鐘（通常為32768Hz),其可以達到1ms。CPU在大約15us時間內正常運行,但是運行頻率較低，效率也較低。如果CPU只需要執行數量較少的指令的話，如:25條，其需要763usaCPU低頻比高頻時消耗更少的電流，但是并不足于彌補處理時間的差異。某些MCU在6us時間內就可以為CPU提供高速時鐘，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)），而且可以實現即時啟動的高速串行通信。
 
(4）如果MCU時鐘系統為外設提供多個時鐘源的話，當CPU處于睡眠狀態時外設仍然可以運行。例如，一次A/D轉換可能需要一個高速時鐘。如果MCU時鐘系統提供獨立于CPU的高速時鐘，CPU就可以在A/D轉換器運行情況下進入睡眠狀態，從而節省CPU耗流量。
 
(5）事件驅動功能與時鐘系統的靈活性并存。中斷會使MCU退出低功耗模式，因此MCU的中斷越多，其防止浪費電流的CPU輪詢與降低功耗的靈活性就越大。輪詢意味著進行與不進行功耗預算之間存在差異，因為它在等待出現事件時會浪費CPU帶寬并需要額外電流。一個好的低功耗MCU應具有充分的中斷功能，為其所有外設提供中斷，同時為外部事件提供眾多外部中斷。
 
(6）按鈕或鍵盤應用可以證明外部中斷的優勢。
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。不僅輪詢自身會消耗功率，而且控制輪詢間隔也需要定時器，其會消耗附加電流。在具備中斷情況下，CPU可以在整個過程中保持睡眠狀態，只有按下按鈕時才激活。
 
 
本文關鍵詞：超低功耗MCU

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