如何正確選擇低功耗MCU

嵌入式微控制器 (MCU)的功耗在當今電池供電應(yīng)用中正變得越來越舉足輕重。大多 MCU 芯片廠商都提供低功耗產(chǎn)品，但是選擇一款最適合您自己應(yīng)用的產(chǎn)品并非易事，并不像對比數(shù)據(jù)表前面的數(shù)據(jù)那么簡單。我們必須詳細對比 MCU 功能，以便找到功耗最低的產(chǎn)品，這些功能包括：

　　斷電模式

　　定時系統(tǒng)

　　事件驅(qū)動功能

　　片上外設(shè)

　　掉電檢測與保護

　　漏電流

　　處理效率

　　在低功耗設(shè)計中，平均電流消耗往往決定電池壽命。例如，如果某個應(yīng)用采用額定電流為 400mAh 的 Eveready 高電量 9V 1222 型電池的話，要提供一年的電池壽命其平均電流消耗必須低于 400mAh/8760h，即45.7uA。圖 1 說明：應(yīng)用消耗的電流越大，所提供的壽命越短，同時仍然保持較低的平均電流消耗。

圖 1

　　在使 MCU 能夠達到電流預算的所有功能中，斷電模式最重要。低功耗 MCU 具有可提供不同級別功能的斷電模式。例如，TI 超低功耗 MCU MSP430 系列產(chǎn)品可以提供 5 種斷電模式。低功耗模式 0 (LPM0) 會關(guān)閉 CPU，但是保持其他功能正常運轉(zhuǎn)。LPM1 與 LPM2 模式在禁用功能列表中增加了各種時鐘功能。LPM3 是最常用的低功耗模式，只保持低頻率時鐘振蕩器以及采用該時鐘的外設(shè)運行。LPM3 通常稱為實時時鐘模式，因為它允許定時器采用低功耗 32768Hz 時鐘源運行，電流消耗低于 1uA，同時還可定期激活系統(tǒng)。最后，LPM4 完全關(guān)閉器件上的包括 RAM 存儲在內(nèi)的所有功能，電流消耗僅 100 毫微安。

　　時鐘系統(tǒng)是MCU功耗的關(guān)鍵。應(yīng)用可以每秒多次或幾百次進入與退出各種低功耗模式。進入或退出低功耗模式以及快速處理數(shù)據(jù)的功能極為重要，因為 CPU會在等待時鐘穩(wěn)定下來期間浪費電流。大多低功耗 MCU 都具有"即時啟動"時鐘，其可以在不到 10～20us 時間內(nèi)為 CPU 準備就緒。但是，重要的是要明白哪些時鐘是即時啟動、哪些非即時啟動的。某些 MCU 具有雙級時鐘激活功能，該功能在高頻時鐘穩(wěn)定化過程中提供一個低頻時鐘（通常為32768Hz），其可以達到 1 毫秒。CPU 在大約 15us 時間內(nèi)正常運行，但是運行頻率較低，效率也較低。如果 CPU 只需要執(zhí)行數(shù)量較少的指令的話，如：25 條，其需要 763us。CPU 低頻比高頻時消耗更少的電流，但是并不足于彌補處理時間的差異。相比而言，某些 MCU 在 6 微秒時間內(nèi)就可以為 CPU 提供高速時鐘，處理相同的 25 條指令僅需要大約 9us（6us 激活＋25 條指令′0.125us指令速率），而且可以實現(xiàn)即時啟動的高速串行通信。圖 2說明即時啟動的 8Mhz時鐘啟動的例子，其達到完全穩(wěn)定狀態(tài)僅需要 292us。

圖 2