微控制器應(yīng)用中的功耗優(yōu)化技術(shù)

1. 引言

　　許多應(yīng)用依靠微控制器來提供高M(jìn)OD能，同時(shí)最大限度地降低功耗。微控制器的總體功耗取決于設(shè)備的功能和設(shè)計(jì)師對(duì)如何利用設(shè)備功能的理解。本文簡要介紹影響功耗的硅技術(shù)元素，提供如何在普通設(shè)計(jì)中利用硅技術(shù)的指南，最后詳細(xì)介紹如何利用飛思卡爾S12XE雙核微控制器的特殊功能來優(yōu)化功耗。

2. 功耗模式

　嵌入式應(yīng)用的運(yùn)行行為可以分為兩大運(yùn)行狀態(tài)，即所謂的“運(yùn)行模式”和“低功耗模式”。在運(yùn)行模式中，應(yīng)用全面運(yùn)行，并從電源獲取電流來執(zhí)行其功能。在低功耗模式中，應(yīng)用通常處于修面狀態(tài)，將功率降到盡可能低的水平。

　　集成電路設(shè)計(jì)的兩個(gè)不同特征會(huì)影響兩種不同運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)這種根本影響的全面了解可能會(huì)對(duì)應(yīng)用的最終功率要求產(chǎn)生極大影響。

3. 集成電路工作

　　圖1顯示了CMOS設(shè)計(jì)中常用的一種簡化的逆變電路。該電路依賴兩個(gè)根據(jù)輸入信號(hào)開啟或關(guān)閉的MOSFET。在穩(wěn)態(tài)情況下，圖中顯示的T1處于打開狀態(tài)，T2處于關(guān)閉狀態(tài)。從理論上講，電流不會(huì)通過T2，但實(shí)際上會(huì)有少量電流漏過此門。這被稱為閾下或信道漏電，其具體數(shù)值取決于晶體管的設(shè)計(jì)，尤其是晶體管的工作電壓。該門內(nèi)有寄生二極管產(chǎn)生的次要影響，寄生二極管位于晶體管和晶體管所在的底板之間。

　　通過合理的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程可以最大限度地減少這種影響導(dǎo)致的漏電。然而，由于漏電的本質(zhì)特點(diǎn)，具體電流強(qiáng)度在溫度變化時(shí)是高度非線MOD的。在周圍環(huán)境溫度較低的情況下，停止電流（stop current）可能非常小——微控制器約為20–30 μA。然而，在溫度為125