節(jié)能微控制器設計使電池壽命長達20年

　　在設計電池供電產(chǎn)品時，人們顯然希望電池壽命盡可能長些。作為一個快速發(fā)展的設備種類，從單電池發(fā)展起來的應用不僅僅停留在規(guī)格上，而是以整個產(chǎn)品的概念為中心。能源敏感的產(chǎn)品應用大致分為能源計量系統(tǒng)、家庭與樓宇自動化、安全和醫(yī)療系統(tǒng)。這些產(chǎn)品通常會圍繞一個微控制器(MCU)，必須用單一的原電池運作很長時間。在某些應用中，要想更換電池是很難的甚至不可能的，在其它應用中，最終用戶不愿意支付更換電池的成本。

　　在這樣的應用中采用的是占空比非常低的很活躍的微處理器，在“深度睡眠”狀態(tài)下時間可能占了99%甚至更高，達到99.9%也不罕見。微處理器在一個周期循環(huán)或在回應某些刺激時被“喚醒”，執(zhí)行操作，并返回到睡眠狀態(tài)中。由于較長時間處于睡眠狀態(tài)，很明顯，獲得最長電池壽命的關鍵參數(shù)是在掉電狀態(tài)下的電流消耗。不過，同一節(jié)電池的使用壽命為三四年或超過十年、二十年，甚至更長時間的區(qū)別在于要密切注意這個任務如何使用MCU資源的每個方面，以及MCU本身是如何以各種方式減少能源消耗的。

　　一節(jié)單電池用20年

　　CR2032紐扣電池廣泛用于小型MCU如遠程環(huán)境傳感器中，這是一種鋰/二氧化錳3V原電池。典型的供應商，如柯達，評定230mAh到2V的終點電壓能力為5.6k(約為0.5mA)。如果是那樣的話，電池壽命將為400小時，相比之下，能源敏感的應用能使使用壽命達到20萬小時。這種特殊的電池具有很好的貨架壽命或自放電率，數(shù)據(jù)表顯示10年之后其容量達90%。非常相似的是，這相當于連續(xù)充電約0.25A，如果能夠達到10~20年的電池壽命，應用的一般要求就會滿足。

　　伴隨電池壽命的是數(shù)量有限的電荷，設計者必須在MCU運行的所有階段減少產(chǎn)品的電流和時間，不僅要減少每微安的數(shù)量，也要減少每個動作的每個微秒。

　　為了減少深度睡眠模式下消耗的電流，在能源敏感應用的MCU中采用8位(或16位)內(nèi)核已很普遍。其理由是，8位內(nèi)核很小，門控相對較少，靜電或泄露電流低。但是，許多現(xiàn)在的應用都需要比8位內(nèi)核更大的處理功率。在其它MCU應用領域，用戶往往選擇從8位升級到32位環(huán)境。在低功耗的情況下，人們一直假定32位內(nèi)核在其掉電模式狀態(tài)時使用的電流一定是高得令人無法接受的。隨著全套低功耗設計技術(shù)的出現(xiàn)，今天的IC設計師們已經(jīng)可能讓一個32位ARM內(nèi)核提供不同的低功耗模式了，與其8位的競爭對手一樣好，甚至更好，而且還能實現(xiàn)快速喚醒。32位處理器更高的處理性能也使MCU可以更快完成任務，從而能夠在這些低功耗模式中花更多時間來進一步降低平均功耗。