低功率MCU設(shè)計(jì)--創(chuàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)

嵌入式市場迫切要求以更低的功耗實(shí)現(xiàn)更高的性能，這一需求現(xiàn)已擴(kuò)展到大量便攜式和墻上電源供電的應(yīng)用中。為滿足該需求，飛思卡爾始終致力于將低功耗設(shè)計(jì)擴(kuò)展到更廣的領(lǐng)域。最新推出的Kinetis(動(dòng)力學(xué))系列ARM Cortex-M4微控制器就是最新突破。2010年第四季度的數(shù)據(jù)抽樣表明，Kinetis代表著基于ARM Cortex-M4新內(nèi)核的首款適合廣泛市場的混合信號MCU組合，同時(shí)也是業(yè)界擴(kuò)展性能最強(qiáng)的ARM Cortex-M4 MCU的產(chǎn)品之一。多種硬件和軟件兼容的MCU產(chǎn)品系列將提供卓越的性能和內(nèi)存容量，其擴(kuò)展性強(qiáng)，從采用超小QFN封裝的50MHz、32KB閃存器件到帶1MB閃存和工業(yè)用豐富外設(shè)集的150MHz器件均包括在內(nèi)。低功耗在Kinetis MCU設(shè)計(jì)中發(fā)揮著核心作用。這從采用了飛思卡爾最新90納米SG-TFS(分裂柵-薄膜存儲器)工藝技術(shù)，以及大量具有省電功能的通用、專用外設(shè)上都可以反映出來。

　　創(chuàng)新的低功率技術(shù)

　　工藝技術(shù)是任何半導(dǎo)體產(chǎn)品的基本構(gòu)建模塊和決定MCU功耗的關(guān)鍵因素。除了能夠提供超快訪問速度、防止充電損失外，Kinetis MCU還是首款利用了飛思卡爾SG-TFS閃存技術(shù)優(yōu)勢的產(chǎn)品，該技術(shù)專門設(shè)計(jì)用來解決功耗敏感應(yīng)用的需求。在設(shè)計(jì)SG-TFS位存儲單元時(shí)，飛思卡爾在讀取路徑上使用快速、低電壓的晶體管，從而將工作電壓降到1.71V至3.6V這一較低的范圍。在采用兩個(gè)1.5V電池的應(yīng)用中，一旦電壓達(dá)到0.9V，電池壽命就會迅速縮短。這意味著與過去通常限制在2V甚至更高的MCU產(chǎn)品相比，1.71V的更低電壓限制可以大大延長電池壽命。擴(kuò)展的電壓范圍不僅適用于片上存儲器：閃存、SRAM和飛思卡爾新的FlexMemory(可配置，耐用性強(qiáng)的EEPROM)，同時(shí)也適用于模擬外設(shè)，因而即使在功率曲線的較低端也能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的信號測量和調(diào)節(jié)。允許高速切換的信號工作在較低電壓(通常為1.2V)下，TFS的電壓特性還有助于降低運(yùn)行電流。由于運(yùn)行電流與C*V2*f成比例，電壓下降對有效電流的閃存組件非常有利。

　　必須具備的功率模式

　　在電池供電的大部分應(yīng)用中，CPU將大部分時(shí)間用于功率降低或休眠模式。因此，非常關(guān)鍵的一點(diǎn)是微控制器提供了極具吸引力的電源模式、喚醒源和啟動(dòng)時(shí)間選擇，以便設(shè)計(jì)人員能夠優(yōu)化外設(shè)活動(dòng)和恢復(fù)時(shí)間來滿足應(yīng)用需求，并最大限度地使用現(xiàn)有的可用能源。飛思卡爾的處理方式是在Kinetis MCU中配置不少于10種的運(yùn)行、等待和停止模式，同時(shí)還配有多個(gè)喚醒源(見圖1和2)。每個(gè)運(yùn)行模式都配有對應(yīng)的等待和停止模式。飛思卡爾還推出了幾款低漏電模式和新的低漏電喚醒單元(LLWU)，以滿足最嚴(yán)格的功率預(yù)算。

　　工作在運(yùn)行模式下時(shí)，CPU全速執(zhí)行代碼，可以實(shí)現(xiàn)低至200μA/MHz的功耗。對于不需要最大總線頻率的時(shí)段，可以使用極低功率運(yùn)行(VLPR)模式。這就把CPU頻率限制在2MHz內(nèi)，并將內(nèi)部穩(wěn)壓器置于待機(jī)模式，同時(shí)還保持外設(shè)和低電壓檢測(LVD)的全部功能實(shí)現(xiàn)。在這種模式下，使用600μA至1mA范圍的VLPR LDD可以節(jié)省大量功耗，具體情況則取決于MCU的性能、內(nèi)存和外設(shè)配置。