超低功耗無線MCU:玩轉睡眠模式

支持藍牙低功耗 (LE) 的設計可讓設備長時間處于非工作狀態(tài)，因此，您可能需要選用具有超低功耗睡眠模式的高能效無線微控制器 (MCU)，這對于優(yōu)化整體系統(tǒng)性能至關重要。

設計人員應當仔細選擇采用藍牙低功耗技術的 MCU 的規(guī)格，確定超低功耗的真正含義。這不是對照數(shù)據(jù)表確定最低電流消耗值，針對應用尋求最佳解決方案并非易事。睡眠模式（又稱低功耗模式或休眠模式）不僅意味著低電流，還需考慮以下幾個因素：

●   電流消耗

●   喚醒源

●   保留內存

●   喚醒時間

●   能夠讀取外部傳感器

電流消耗

睡眠模式下電流消耗少當然很好；并且越少越好，但設計人員還必須考慮睡眠模式期間的可用功能。為實現(xiàn)睡眠模式下最低功耗，除了硬件需要單個喚醒源，所有可以關閉的硬件模塊均應關閉。通常，通用輸入/輸出 (GPIO) 喚醒源可提供最低睡眠電流，但將 GPIO 作為唯一的喚醒源是否適合您的應用？如果適合，才能獲得最低睡眠電流。

喚醒源

如果 GPIO 喚醒源不足以滿足應用需求，則應深入研究睡眠模式的功能，尋找其他可用的喚醒源。您的應用可能需要同時具有多個喚醒源，例如定時器、模擬比較器或其他子系統(tǒng)事件。然而，在睡眠模式下啟用的功能會增加電流消耗，設計人員應當審慎思考，通觀全局，而非僅關注數(shù)據(jù)表中的最低睡眠電流值。

保留內存

保留內存在睡眠模式下也會消耗大量電流。保留內存并非始終必需，僅在應用有任務調度程序、實時操作系統(tǒng) (RTOS) 或保持無線連接時為必要選項。需要保留多少內存具體取決于應用需求、無線堆棧和硬件設計。我們可以從硬件設計入手，如果內存電路設計為全部保留或不保留，將會為大量未使用的內存供電。如果粒度太低，比如 1 KB，硬件電源開關的數(shù)量就會很多，導致漏電功耗增加。一般而言，實踐中常采用 8 KB，這一粒度可滿足需求，且復雜性低，漏電較少。無線堆棧應盡量減少保持連接時所需的內存，且應用設計也應限制保留內存量。

喚醒時間

喚醒時間（從睡眠模式中喚醒所需的時間）與保留內存密切相關。當然，應用必須盡快啟動并響應，但喚醒時間也會影響功耗。喚醒時間越短，就可以更快地完成處理工作并再次進入睡眠狀態(tài)。保留內存能提高喚醒速度，但也會增加睡眠電流。因此，設計人員應理性判斷，洞見本質，了解應用的關鍵細節(jié)。

最后，除了睡眠和喚醒，睡眠模式還能擁有其他功能嗎？大多數(shù)無線 MCU 可以在睡眠模式下使用實時時鐘 (RTC)，有些則提供了更令人興奮的選項——讀取外部傳感器！如果您的應用需要監(jiān)測傳感器，并且一直保持睡眠模式，僅在傳感器達到閾值時才會喚醒。目前有些無線 MCU 能夠滿足這種需求。

安森美(onsemi)的無線 MCU RSL15 支持超低睡眠電流和調制解調器藍牙應用的配置要求，具備 GPIO 喚醒、睡眠智能感應模式讀取傳感器等功能，兼具超低功耗和設計靈活性，可滿足您的應用需求。圖 1 顯示 RSL15 的最低睡眠電流僅為 36 nA。

圖1 RSL15 MCU數(shù)據(jù)表

硬件和固件系統(tǒng)設計工程師須全面透徹地了解睡眠模式，才能打造出高效的超低功耗無線 MCU，仔細考慮電流消耗、喚醒源、內存保留、喚醒時間和傳感器監(jiān)測功能，為互聯(lián)設備、智能家居、智能建筑、智能工業(yè)、智能城市等應用定制最佳系統(tǒng)設計方案。