汽車MCU低功耗解決方案

　　摘要：本文展示了MCU在汽車電子應(yīng)用中的一些低功耗解決方案。

　　隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車上的電子控制系統(tǒng)數(shù)量呈指數(shù)增長。以ECU為核心的車載電子控制系統(tǒng)逐步取代了被動器件和機械系統(tǒng)，同時也完成了大多數(shù)測量、驅(qū)動和控制的功能。

　　由于新型車載電子控制系統(tǒng)在車輛應(yīng)用中的增加，導(dǎo)致對電源負(fù)載以每年約100W的速度增加。當(dāng)前所面臨的最大挑戰(zhàn)是在相同的電池電源條件下，找到新的方法來保證汽車電子設(shè)備的數(shù)量及功能的不斷增加。故在實際應(yīng)用中需要MCU的功耗持續(xù)降低。

　　另外，數(shù)字電路的最大功耗和可靠性問題是密切相關(guān)的，例如，電遷移和熱載流子導(dǎo)致的器件老化。而且由于芯片散熱而引起的熱應(yīng)力也是關(guān)系可靠性的主要問題之一。因此，減少功耗對提高芯片的可靠性也是至關(guān)重要的。

　　為了應(yīng)對日趨增長的低功耗需求，飛思卡爾Qorivva系列32位MCU采用了專門的設(shè)計達(dá)到降低整體功耗的目的。除了改善的器件特性和更小的工藝尺寸，電路級和系統(tǒng)級的措施也在很大程度上降低了功耗。

　　飛思卡爾基于32位Power架構(gòu)的Qorivva系列MCU專門為嵌入式汽車應(yīng)用而設(shè)計。這一系列MCU采用了多種低功耗設(shè)計達(dá)到降低動態(tài)功耗和靜態(tài)功耗的效果，主要包括：

　　● 多種工作模式
　　● 門控電源
　　● 門控時鐘

　　多種工作模式

　　圖1所示為飛思卡爾Qorivva MPC560xB系列的不同工作模式圖。

　　Qorivva MPC560xB系列MCU包含了HALT, STOP和STANDBY 3種低功耗模式，用戶可以根據(jù)實際情況結(jié)合使用不同的工作模式。

　　HALT模式下，系統(tǒng)活動減少，內(nèi)核時鐘關(guān)閉，鎖相環(huán)、flash存儲器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等模塊均可以關(guān)閉從而降低功耗，這一模式可以用于LIN低速發(fā)送接收等情況。

　　相比HALT模式，STOP模式可通過配置關(guān)閉絕大多數(shù)外設(shè)進(jìn)一步降低MCU的功耗。該模式保留了整個MCU的供電，因此相比STANDBY模式擁有更短的恢復(fù)時間。STOP模式可配置關(guān)閉所有的時鐘源并保留當(dāng)前狀態(tài)，在此模式下鎖相環(huán)一致處于關(guān)閉狀態(tài)，在退出STOP模式時，系統(tǒng)會使用高速內(nèi)部時鐘直到指定的時鐘穩(wěn)定。

　　STANDBY模式下內(nèi)核停止，flash存儲器以及大多數(shù)外設(shè)均被關(guān)閉，芯片大部分電源被切斷，從而達(dá)到可能的最小功耗。此時MCU可以被外部的引腳、復(fù)位或者使用低功耗時鐘的周期性喚醒源所喚醒。表1列出了在室溫條件下Qorivva MPC5602B不同工作模式下的功耗。

　　門控電源

　　Qorivva MCU內(nèi)部被劃分為3個不同的電源域，不同的外設(shè)分別屬于不同的電源域。電源控制單元允許用戶在不同的模式下對某一個電源域供電或者斷電。在模式切換時，根據(jù)用戶的配置，有限狀態(tài)機負(fù)責(zé)開啟或者關(guān)閉各個電源域的供電從而保證狀態(tài)切換是平順且安全。例如：進(jìn)入STANDBY模式將會切斷內(nèi)核、大多數(shù)外設(shè)、時鐘等模塊的電源，因此可以節(jié)省最多的功耗。

　　門控時鐘

　　MCU的功耗與工作時鐘直接相關(guān)，這就意味著在單位時間內(nèi)越多的門翻轉(zhuǎn)將會帶來越大的功耗。Qorivva MPC560xB系列MCU采用了多種方式降低門翻轉(zhuǎn)所帶來的動態(tài)功耗。包括：1. 停止內(nèi)核時鐘，在低功耗模式下，斷開內(nèi)核的時鐘可以有效降低內(nèi)核的功耗。2. 外設(shè)時鐘分頻，對于一些不需要高速運行的外設(shè)，可以降低外設(shè)的時鐘從而降低動態(tài)功耗。3. 斷開部分無需使用的外設(shè)時鐘，可以有效的降低由外設(shè)帶來的動態(tài)功耗。

　　總結(jié)

　　飛思卡爾Qorivva系列MCU除了采用更好特性的器件和更先進(jìn)的工藝尺寸，還提供了應(yīng)用層的低功耗解決方案，用戶可以通過結(jié)合使用不同的工作模式，降低系統(tǒng)功耗，應(yīng)對低功耗挑戰(zhàn)。