滿足穿戴式應(yīng)用　MCU廠力拼低功耗設(shè)計(jì)

　　為了符合大多數(shù)穿戴式裝置對(duì)于低功耗的需求，微控制器(MCU)廠商除戮力將系統(tǒng)待機(jī)及操作電流降至最低外，亦致力優(yōu)化MCU處于睡眠狀態(tài)的耗電情形，將成為MCU廠能否成功搶進(jìn)穿戴式市場(chǎng)的重要指標(biāo)。

　　新唐科技微控制器產(chǎn)品中心協(xié)理林任烈表示，為了讓MCU達(dá)到超低功耗的表現(xiàn)，廠商在開發(fā)MCU時(shí)通常會(huì)導(dǎo)入睡眠模式(SleepMode)設(shè)計(jì)，讓MCU在非系統(tǒng)運(yùn)作高峰期的大部分時(shí)間，能夠處于低耗電的睡眠狀態(tài)，進(jìn)一步降低裝置整體運(yùn)作功耗。

　　林任烈進(jìn)一步表示，符合穿戴式裝置需求的低功耗MCU其操作電流(OperatingCurrent)除須達(dá)到180微安培(μA)以下的水準(zhǔn)外，在睡眠模式下的待機(jī)電流(Stand-byCurrent)也須低于1微安培;不過，當(dāng)MCU處于睡眠模式時(shí)，系統(tǒng)并非完全靜止不動(dòng)，因此如何優(yōu)化整個(gè)裝置在MCU處于睡眠模式下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，讓裝置更省電，便成了MCU廠商戮力改善的另一重點(diǎn)。

　　其中，快速喚醒時(shí)間即是首要關(guān)鍵。據(jù)了解，MCU廠商為了達(dá)到節(jié)能目的，常在MCU中加入各種運(yùn)行模式，光是睡眠模式可能就有好幾種;以愛特梅爾(Atmel)的SAM4L系列為例，其便可支援睡眠、待機(jī)、保存和備用等四種睡眠模式。

　　因此林任烈強(qiáng)調(diào)，在多種復(fù)雜的運(yùn)行模式下，如果總是要花上長(zhǎng)時(shí)間才能讓MCU從睡眠模式中喚醒系統(tǒng)，將難以真正降低系統(tǒng)功耗;因此，各家廠商除了導(dǎo)入睡眠模式設(shè)計(jì)外，亦極為注重如何加速喚醒時(shí)間。目前市面上MCU在喚醒時(shí)間的表現(xiàn)平均水準(zhǔn)約為5～8毫秒(ms)，新唐科技NANO系列的喚醒時(shí)間則約為6毫秒。

　　另一方面，MCU與周邊感測(cè)器、無線射頻(RF)元件的傳輸介面亦攸關(guān)MCU是否能達(dá)到有效睡眠模式的關(guān)鍵。林任烈解釋，由于睡眠模式中MCU與周邊元件的運(yùn)行方式系隨著資料傳輸速度而變動(dòng)，也就是資料傳輸速度愈快，MCU與周邊元件喚醒/工作模式切換的時(shí)間就愈短;因此，串列周邊介面(SPI)、I2C、輸入/輸出(I/O)接腳等傳輸介面的設(shè)計(jì)重點(diǎn)就是「搶快」，愈高速的傳輸介面才能愈快喚醒MCU，并且縮短MCU處理資料的時(shí)間，從而讓裝置更省電。

　　林任烈補(bǔ)充，現(xiàn)在愈來愈多訴求低功耗與高效能的MCU也開始導(dǎo)入可加快記憶體存取速度的多通道直接記憶體存取(DMA)控制器。據(jù)了解，DMA控制器能在不喚醒MCU的狀態(tài)下執(zhí)行及分配資料存取;亦即，DMA控制器能將多筆資料分配儲(chǔ)存至靜態(tài)隨機(jī)存取記憶體(SRAM)及快閃記憶體(Flash)中，待記憶體儲(chǔ)存至一定容量后再喚醒MCU使其能一次處理多筆資料，讓進(jìn)入睡眠模式的MCU不會(huì)被輕易打擾。

　　除了上述設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)之外，芯科實(shí)驗(yàn)室(SiliconLabs)則是透過優(yōu)化低功耗感測(cè)器介面(LowEnergySensorInterface,LESENSE)和周邊反射系統(tǒng)(PRS)的設(shè)計(jì)，開發(fā)出該公司旗下的超低功耗MCU--EFM32Gecko。該MCU即使進(jìn)入睡眠模式，各周邊元件如類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)等，亦能自行配對(duì)、自主性擷取與傳遞資料。