最新工業(yè)應(yīng)用微控制器（MCU）特性和重要設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

工業(yè)用可攜式裝置須同時(shí)兼具低功耗、高可靠度和高性能要求，因此設(shè)計(jì)人員在開發(fā)產(chǎn)品時(shí)，須選用支援低電壓操作與具備時(shí)脈監(jiān)控功能的工規(guī)微控制器(MCU)，以延長(zhǎng)可攜式產(chǎn)品電池使用壽命，同時(shí)避免因頻率不穩(wěn)而造成性能降低的問(wèn)題發(fā)生。

工業(yè)領(lǐng)域中的可攜式應(yīng)用均要求低功耗、高可靠度和高性能。這類工業(yè)應(yīng)用的例子包括條碼器、出貨數(shù)據(jù)記錄器、高速公路追蹤設(shè)備、降噪耳機(jī)、小型馬達(dá)控制以及電池充電器。

那么，設(shè)計(jì)人員如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)?本文將介紹最新的工業(yè)應(yīng)用微控制器(MCU)特性和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，以協(xié)助設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)上述要求。

使微控制器在盡可能長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持最低功耗是維持電池壽命的主要目標(biāo)。運(yùn)行速度快、喚醒時(shí)間短也就意味著平均功耗低(圖1)。微控制器在高功率狀態(tài)下完成工作的速度越快，保持低功耗狀態(tài)的時(shí)間就越長(zhǎng)。

MCU電流消耗與時(shí)間曲線

支援低電壓工作　微控制器省電性能更出色

但是，要延長(zhǎng)電池壽命，降低功耗只完成一半，還應(yīng)充分利用電池。為此，裼媚苤г低電壓工作的微控制器是非常重要的。圖2顯示勁量(Energizer) 提供的鹼性電池和鈕扣式鋰電池在典型數(shù)據(jù)記錄器中的使用壽命。此應(yīng)用大多數(shù)時(shí)間處于低功耗狀態(tài)，偶爾喚醒以處理資訊。鹼性AAAA電池的建議保存期為5 年?？梢钥吹?，鹼性電池和鋰電池均從低工作電壓中受益。在此例中，以1.8伏特(V)工作的微控制器與等效的2伏特微控制器相比，1.8伏特的微控制器會(huì)額外增加6個(gè)月的電池壽命，這也顯示出低電壓微控制器在可攜式應(yīng)用上的優(yōu)點(diǎn)。

數(shù)據(jù)記錄器電池性能例

時(shí)脈監(jiān)視器提升MCU可靠度

設(shè)計(jì)高性能和穩(wěn)定的工業(yè)應(yīng)用的另一注意事項(xiàng)是微控制器的振蕩器(Oscillator)特性，其重要性經(jīng)常被低估。振蕩器特性會(huì)影響許多方面，包括性能、系統(tǒng)成本、可制造性和可靠性。

新型微控制器以更高的速度工作，并且能夠在沒(méi)有外部時(shí)脈源的情況下使內(nèi)部時(shí)脈全速運(yùn)行，內(nèi)部時(shí)脈也可提供多種時(shí)脈頻率的選擇。這樣軟體可以隨著電壓下降而切換到較低頻率，以保持在工作規(guī)范范圍內(nèi)，或者在連接外部電源后提高速度。

制造過(guò)程中另一個(gè)常見(jiàn)挑戰(zhàn)是石英晶體振蕩器有時(shí)不能產(chǎn)生可靠的起振或起振時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。造成這問(wèn)題的常見(jiàn)原因有元件品質(zhì)變化、助焊劑殘留和布線疏忽。選擇高品質(zhì)石英晶體振蕩器以及實(shí)施布線和測(cè)試技術(shù)(如負(fù)電阻測(cè)試)可以避免很多問(wèn)題，這些技術(shù)可從石英晶體振U器和微控制器制造商處獲取。此外，對(duì)低頻電路的可配置偏壓亦可解決上述問(wèn)題。此舉將允許增加偏壓，以確保在各種條件下石英晶體振蕩器均能可靠起振，或者減少偏壓以降低功耗。這些額外的努力將幫助制造商避免類似棘手問(wèn)題。