消除現(xiàn)實(shí)世界中超低功耗嵌入式設(shè)計(jì)的隱患(06-100)

　　目前，工程師的任務(wù)之一是開發(fā)基于低成本微控制器(MCU)的超低功耗嵌入式應(yīng)用，此類應(yīng)用通常要求用一顆電池維持?jǐn)?shù)年的工作。在從家用自動(dòng)調(diào)溫器到個(gè)人醫(yī)療設(shè)備等此類超低功耗應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員必須仔細(xì)考慮每一微安電流。本文主要探究功耗去向以及如何消除往往在項(xiàng)目的最后時(shí)刻才會(huì)顯露的隱患。

　　在典型的基于超低功耗MCU的應(yīng)用中，有效占空比極低。在下，絕大多數(shù)時(shí)間處于待機(jī)模式下，只保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。此類例子包括數(shù)秒鐘才測(cè)一次溫度的電子自動(dòng)調(diào)溫器以及一天只啟動(dòng)幾次且每次運(yùn)行不超過 1 分鐘的便攜式血糖監(jiān)測(cè)儀。但是一旦有需求，系統(tǒng)必須即時(shí)進(jìn)行處理。

　　應(yīng)當(dāng)牢記的是，基于 MCU 的超低功耗應(yīng)用必須提供如下性能：

　　·盡可能低的待機(jī)功耗；

　　·必要的卓越性能；

　　·在工作模式間能夠快速切換。

　　理想的電池

　　便攜式儀器使用的電池對(duì)系統(tǒng)的工作壽命有很大的影響。最常見的方法是使用一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的 1.5V‘AAA’堿性電池。另一種既能使成本最小化又無需更換電池的解決方案是永久安裝的單體鈕扣鋰電池。永久電池概念是一個(gè)重要的市場(chǎng)賣點(diǎn)，這種電池能夠避免客戶服務(wù)及因更換電池時(shí)安裝不當(dāng)所引起的相關(guān)責(zé)任。

　　假設(shè)有一個(gè)最小供電電壓為 2.7V 的電池供電儀器，它的待機(jī)模式?jīng)Q定了平均電流，其值通常在 2mA 以內(nèi)。在使用一對(duì)‘AAA’電池供電時(shí)，則需要一個(gè) 20mA  以內(nèi)的穩(wěn)壓器對(duì)此類電池的線性放電進(jìn)行補(bǔ)充。因而，系統(tǒng)的總電流消耗為 22mA 即 MCU 與穩(wěn)壓器之和。串聯(lián)的 2 節(jié)堿性電池放電至 2.7V 電壓時(shí)，只有 40% 的電池容量能被利用，產(chǎn)生大約 400mAh 的電量。在除以 22mA 的平均電流消耗之后，就可以計(jì)算出采用這種堿性電池供電，系統(tǒng)可以運(yùn)行 2 年。