使用高能效微控制器進行設計

電子設備中嵌入式微型控制器的使用不斷增加，加上世界能源危機，將迫使電子工程師關注這些設備中目前被忽略的節(jié)能特征。

歷史透視
早在1976年就推出了新計算機Cray 1。當時它具有在80MHz時鐘頻率條件下達到160MIPs的處理能力，為其贏得“超級計算機”的稱號。計算能力并非其唯一的破紀錄功能：Cray 1需要115kW的電源，包裝盒不大于一個英國電話亭。為防止其融化，需要在整個結構中整合一個大功率氟利昂制冷設備。以現(xiàn)今的技術相比，Parallax Propeller控制器是32 位總線機器，Cray則是64位，但它也在80MHz時鐘頻率條件下管理160MIPs。除外形尺寸外的顯著區(qū)別是實現(xiàn)該性能所需的功率。Propeller的平均功耗為1W，而很多新設備甚至擁有更好的性能。我現(xiàn)在打字使用的 64 位雙核 IntelAtom PC的功耗如此之小，以至于它所連接的電流傳感器電源插座擴展器并未感應到它已開啟。

VLSI的出現(xiàn)必然為計算機帶來更好的處理能力與電源比。早期的NMOS芯片讓路與更低功率需求的CMOS。CMOS的一個特征是僅在邏輯設備更改狀態(tài)時才獲取大量電流。這意味著時鐘越快，給定微控制器的平均電流消耗就越高。因此，特定MCU將具有兩個影響功率預算的因素：靜態(tài)和動態(tài)。

靜態(tài)電壓降低
即使在時鐘關閉的情況下，設備仍可通過漏洞消耗能量。在較新的設備中，單電路元件較緊密地封裝在一起，可減少絕緣電阻并需要降低電源電壓。以+1.8V的電壓運行邏輯現(xiàn)在很常見，某些電壓甚至低至+0.9V。例如，Microchip的nanoWatt XLPP系列PIC微控制器可在+2.5到+5.5V的電壓范圍內(nèi)運行，最大時鐘頻率為32MHz。如果您能設法應付16MHz，則電源電壓可降至+1.8V（假設外圍設備也可在此低電壓條件下工作）。這使與電壓和頻率相關的功耗都得到降低。

靜態(tài)頻率降低
如果沒有特殊的省電模式可用，則要考慮使用盡可能與在可用時間內(nèi)完成既定任務兼容的最低時鐘速度。有些事情就像電視遙控器一樣簡單，例如通常使用32kHz的“鐘表”晶體頻率。

動態(tài)電壓擴展
在更復雜的情況下，由于處理負載不盡相同，以及“萬一”需要保持高速操作，這些固定的或靜態(tài)的解決方案可能不適用。在這些情況下，可以使用一種稱為動態(tài)電壓擴展(DVS)的技術，該技術使用軟件分析處理器需求并使時鐘速度和電源電壓相應地進行變化。但節(jié)能計算非常復雜，必須考慮內(nèi)存使用等諸多因素。

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