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突破電路設(shè)計(jì)桎梏 32位元MCU功耗再降

作者: 時(shí)間:2013-12-04 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
時(shí)時(shí)脈計(jì)數(shù)器(RTC)、BOD、TN單色LCD直接驅(qū)動(dòng)電路等。

 ?。顚哟龣C(jī)模式

  CPU內(nèi)核及所有時(shí)脈源關(guān)閉,關(guān)閉RAM及LDO、BOD等所有周邊電路的電源,僅I/O接腳(或部分I/O接腳)持續(xù)供電,由I/O接腳或重置(Reset)接腳喚醒CPU。因?yàn)榇四J较?,RAM的資料已丟失,通常會(huì)進(jìn)行內(nèi)部電源切割,提供數(shù)十個(gè)狀態(tài)記錄暫存器,做為系統(tǒng)重啟時(shí)的初始狀態(tài)參考源。此模式的優(yōu)點(diǎn)是更低的靜態(tài)電流,通常僅需100?500奈安培,其缺點(diǎn)是并非所有的應(yīng)用都可以忍受RAM資料丟失及系統(tǒng)重啟。

  電源系統(tǒng)的考量

  在多電源系統(tǒng)的應(yīng)用上,必須考慮低功耗MCU的內(nèi)部電源規(guī)畫(huà)或自動(dòng)切換,以下以市電/備用電池雙電源系統(tǒng)及內(nèi)建通用序列匯流排(USB)介面,但平常由電池供電的行動(dòng)裝置來(lái)舉例說(shuō)明。

 ?。须?備用電池雙電源系統(tǒng)

  MCU平常由市電經(jīng)由交直流轉(zhuǎn)換電路供電,當(dāng)市電斷電時(shí),經(jīng)由連接在備用電源的獨(dú)立供電接腳進(jìn)行供電,同時(shí)在MCU內(nèi)部進(jìn)行電源切割,并提供一個(gè)可靠的備用電源自動(dòng)切換開(kāi)關(guān),確保市電正常供電時(shí)備用電池不會(huì)持續(xù)被消耗。

  但仔細(xì)考慮,其實(shí)有兩種狀況可能發(fā)生,一種是備用電池僅供電給部分低耗電的周邊電路,如32.768kHz晶振、RTC時(shí)脈電路、資料備份暫存器等。當(dāng)市電來(lái)時(shí),MCU將重新啟動(dòng);另外一種狀況是當(dāng)市電斷電時(shí),有可能MCU及部分周邊電路會(huì)被喚醒工作,然后再次進(jìn)入待機(jī)模式。智慧型電表就是此類應(yīng)用的典型代表。在此種應(yīng)用中,備用電池須要供電給整顆MCU,所以電源自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)必須能承受更高的電流,相對(duì)成本也較高。

 ?。畠?nèi)建USB介面行動(dòng)裝置

  此類裝置平時(shí)由兩節(jié)電池供電或鋰電池供電,工作電壓可能為2.2?3伏特,當(dāng)連接到USB時(shí),USB介面轉(zhuǎn)由VBUS供電。此類低功耗MCU如果沒(méi)有內(nèi)建5伏特轉(zhuǎn)3伏特的USB介面,LDO將會(huì)產(chǎn)生下列問(wèn)題,當(dāng)連接USB時(shí),必須由外掛的LDO將USB VBUS的5伏特電源轉(zhuǎn)換為3伏特電源,同時(shí)提供給MCU VDD及USB介面電路,但又必須避免LDO輸出的3伏特電源,與離線操作時(shí)的電池電源發(fā)生沖突,將會(huì)須要外加電源管理電路,增加系統(tǒng)成本及復(fù)雜度。

  豐富的喚醒機(jī)制及快速喚醒時(shí)間

  有許多的系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合,須由外部的單一訊號(hào)、鍵盤或甚至串列通訊訊號(hào),激發(fā)MCU啟動(dòng)整體系統(tǒng)的運(yùn)作。在未被激發(fā)的時(shí)候,MCU或甚至大部分的整機(jī)須處于最低耗電的待機(jī)狀態(tài),以延長(zhǎng)電池的壽命。

  能夠在各式需求下被喚醒,也成為MCU的重要特征。MCU能擁有各式不同的喚醒方式,包括各I/O可做為激發(fā)喚醒的通道,或是由內(nèi)部整合電路(I2C)、通用異步收發(fā)器(UART)、串列周邊介面(SPI)的通道做為被外界元件觸發(fā)喚醒,或使用內(nèi)、外部的超低耗電時(shí)脈源,透過(guò)計(jì)時(shí)器來(lái)計(jì)時(shí)喚醒。諸多的喚醒機(jī)制,只要運(yùn)用得當(dāng),并配合MCU的低耗電操作切換模式,可使MCU幾乎時(shí)時(shí)處于極低功耗的狀況。

  配有快速、高效率內(nèi)核的MCU,可以在每次喚醒的當(dāng)下短暫時(shí)間里,完成應(yīng)有的運(yùn)作與反應(yīng),并再次進(jìn)入深層的低待機(jī)模式,以此達(dá)到平均耗能下降的目的。但是,若喚醒后開(kāi)始執(zhí)行微指令的時(shí)間因?yàn)槟承┮蛩囟涎拥煤荛L(zhǎng),將會(huì)使降低總體耗電的目標(biāo)大打折扣,甚至達(dá)不到系統(tǒng)反應(yīng)的要求。因此,有些MCU配合起振時(shí)間的改進(jìn),及邏輯設(shè)計(jì)的配合,使得喚醒后執(zhí)行指令的時(shí)間至少降到數(shù)個(gè)微秒之內(nèi)。
低功耗類比周邊及記憶體e#

  低功耗類比周邊及記憶體

  低功耗MCU在運(yùn)行時(shí),除了CPU內(nèi)核及被啟動(dòng)的數(shù)位周邊電路在工作外,愈來(lái)愈多被整合到內(nèi)部的類比周邊電路亦是耗電的主要來(lái)源。以最簡(jiǎn)單的執(zhí)行序來(lái)分析運(yùn)行功耗,共包含下列耗電來(lái)源:CPU內(nèi)核、時(shí)脈振蕩器、嵌入式閃存記憶體及LDO本身的消耗電流。代入以下典型值數(shù)據(jù)將會(huì)更清楚顯示各個(gè)部分對(duì)耗電的影響:



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