茂名超低功耗MCU公司
發(fā)布時(shí)間：2023-05-06 01:54:58
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在使 MCU 能夠達(dá)到電流預(yù)算的所有功能中，斷電模式重要。低功耗 MCU具有可提供不同級(jí)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(huì)關(guān)閉 CPU，但是保持其他功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。LPM1 與 LPM2 模式在禁用功能列表中增加了各種時(shí)鐘功能。LPM3 是常用的低功耗模式，只保持低頻率時(shí)鐘振蕩器以及采用該時(shí)鐘的外設(shè)運(yùn)行。LPM3 通常稱(chēng)為實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式，因?yàn)樗试S定時(shí)器采用低功耗 32768Hz 時(shí)鐘源運(yùn)行，電流消耗低于 1uA，同時(shí)還可定期激活系統(tǒng)。LPM4 完全關(guān)閉器件上的包括 RAM 存儲(chǔ)在內(nèi)的所有功能，電流消耗僅 100 毫微安。 時(shí)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(jìn)入與退出各種低功耗模式。進(jìn)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?yàn)?CPU會(huì)在等待時(shí)鐘穩(wěn)定下來(lái)期間浪費(fèi)電流。大多低功耗 mcu 都具有“即時(shí)啟動(dòng)”時(shí)鐘，其可以在不到 10～20us 時(shí)間內(nèi)為 CPU 準(zhǔn)備就緒。但是，重要的是要明白哪些時(shí)鐘是即時(shí)啟動(dòng)、哪些非即時(shí)啟動(dòng)的。某些 MCU 具有雙級(jí)時(shí)鐘激活功能，該功能在高頻時(shí)鐘穩(wěn)定化過(guò)程中提供一個(gè)低頻時(shí)鐘（通常為32768Hz），其可以達(dá)到 1 毫秒。CPU 在大約 15us 時(shí)間內(nèi)正常運(yùn)行，但是運(yùn)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(shí)消耗更少的電流，但是并不足于彌補(bǔ)處理時(shí)間的差異。相比而言，某些 MCU 在 6 微秒時(shí)間內(nèi)就可以為 CPU 提供高速時(shí)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(shí)現(xiàn)即時(shí)啟動(dòng)的高速串行通信。
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RJM8L151的正常工作電壓范圍是1.62V到5.5V,非常適合2節(jié)、3節(jié)干電池直接供電，省掉額外的LDO電路，另外RJM8L151低至0.5uA的待機(jī)電流，既能保持內(nèi)部RTC的正常計(jì)時(shí)，又能保持SRAM數(shù)據(jù)不變，該性能可大大減小系統(tǒng)對(duì)電池容量尺寸的要求。RJM8L151具有6種電源管理模式，通過(guò)裁剪時(shí)鐘樹(shù)的方式關(guān)閉時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)不同需求的功耗。一般情況下使用內(nèi)部低速時(shí)鐘就可以完成對(duì)外部中斷的響應(yīng)，同時(shí)又可以保持很低的功耗，這是同類(lèi)MCU無(wú)法做到的。另外，RJM8L151從低功耗狀態(tài)喚醒小于5us，可以實(shí)現(xiàn)快速睡眠快速喚醒低占空比工作，這又極大的降低了系統(tǒng)功耗。 RJM8L151有4個(gè)時(shí)鐘源：內(nèi)部高速時(shí)鐘、內(nèi)部低速時(shí)鐘、外部高速時(shí)鐘和外部低速時(shí)鐘。RJM8L151的時(shí)鐘控制模塊將這幾個(gè)時(shí)鐘源通過(guò)靈活的配置分頻實(shí)現(xiàn)不同的功耗和性能需求。輔助系統(tǒng)時(shí)鐘可以使用內(nèi)部低速時(shí)鐘或外部低速時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)低功耗的要求，主系統(tǒng)時(shí)鐘提供給RJM8L151的CPU，子系統(tǒng)時(shí)鐘為外設(shè)提供給時(shí)鐘源。多樣的時(shí)鐘資源可以降低系統(tǒng)消耗，輔助系統(tǒng)時(shí)鐘在保持低功耗的同時(shí)也可以接受外部中斷，響應(yīng)外部環(huán)境的變化。使用內(nèi)部高速RC振蕩器作為主系統(tǒng)時(shí)鐘，不僅可以省去一個(gè)外部的高速晶振，同時(shí)可以快速喚醒MCU來(lái)降低功耗。
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RJM8L303是武漢瑞納捷電子技術(shù)有限公司推出的一款采用增強(qiáng)型80C51內(nèi)核，擁有8KB SRAM和128KB Flash存儲(chǔ)容量的低功耗安全MCU芯片。它具有快速中斷響應(yīng)，休眠和深度休眠模式。 芯片支持UART、SPI、I2C、GPIO、ISO7816、JTAG等數(shù)字通信接口；還支持13.56MHz無(wú)線接口，符合IOS14443 typeA標(biāo)準(zhǔn)，能實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。芯片內(nèi)置DES、3DES、國(guó)密SM4等三種加密算法，以及頻率安全探測(cè)器，用以保證芯片在非正常工作條件下的操作安全和數(shù)據(jù)安全。 另外，為了滿足某些應(yīng)用中安全交易流程的需要，芯片還內(nèi)嵌了一個(gè)8位隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。該隨機(jī)數(shù)發(fā)生器是采用數(shù)字振蕩環(huán)方式設(shè)計(jì)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，符合國(guó)家密碼安全管理局《隨機(jī)性檢測(cè)規(guī)范》的相關(guān)要求，通過(guò)了隨機(jī)數(shù)測(cè)試國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) FIPS 140-2和NIST SP800-22標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。
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鑒于物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備對(duì)功耗和安全問(wèn)題的迫切需求，瑞納捷電子推出了RJM8L151系列是超低功耗安全MCU，非常適用于電池供電的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備。RJM8L151系列不僅具備出色的運(yùn)行和待機(jī)功耗表現(xiàn)，還內(nèi)置了硬件真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和AES/DES/SM4硬件加密引擎。集成12位高精度逐次逼近型ADC和2通道的多功能比較器，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳感器的高精度、實(shí)時(shí)檢測(cè)極為有益。RJM8L151豐富的外圍接口使擴(kuò)展各種通信模塊、功能模塊更加方便。RJM8L151基于增強(qiáng)型哈佛架構(gòu)的CPU內(nèi)核和多級(jí)流水線指令系統(tǒng)，相同時(shí)鐘頻率的處理性能是傳統(tǒng)8051的3倍，采用Keil uVision或IAR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)發(fā)調(diào)試應(yīng)用代碼。RJM8L151系列安全MCU的硬件框圖如圖2所示。 RJM8L151的正常工作電壓范圍是1.62V到5.5V,非常適合2節(jié)、3節(jié)干電池直接供電，省掉額外的LDO電路，另外RJM8L151低至0.35uA的待機(jī)電流，既能保持內(nèi)部RTC的正常計(jì)時(shí)，又能保持SRAM數(shù)據(jù)不變，該性能可大大減小系統(tǒng)對(duì)電池容量尺寸的要求。RJM8L151具有6種電源管理模式，通過(guò)裁剪時(shí)鐘樹(shù)的方式關(guān)閉時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)不同需求的功耗。一般情況下使用內(nèi)部低速時(shí)鐘就可以完成對(duì)外部中斷的響應(yīng)，同時(shí)又可以保持很低的功耗，這是同類(lèi)MCU無(wú)法做到的。另外，RJM8L151從低功耗狀態(tài)喚醒小于5us，可以實(shí)現(xiàn)快速睡眠快速喚醒低占空比工作，這又極大的降低了系統(tǒng)功耗。
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另外，如果 MCU時(shí)鐘系統(tǒng)為外設(shè)提供多個(gè)時(shí)鐘源的話，當(dāng) CPU 處于睡眠狀態(tài)時(shí)外設(shè)仍然可以運(yùn)行。例如，一次 A/D 轉(zhuǎn)換可能需要一個(gè)高速時(shí)鐘。如果 mcu 時(shí)鐘系統(tǒng)提供獨(dú)立于 CPU 的高速時(shí)鐘，CPU 就可以在 A/D 轉(zhuǎn)換器運(yùn)行情況下進(jìn)入睡眠狀態(tài)，從而節(jié)省 CPU 耗流量。 事件驅(qū)動(dòng)功能與時(shí)鐘系統(tǒng)的靈活性并存。中斷會(huì)使 mcu 退出低功耗模式，因此，MCU的中斷越多，其防止浪費(fèi)電流的 CPU 輪詢(xún)與降低功耗的靈活性就越大。輪詢(xún)意味著進(jìn)行與不進(jìn)行功耗預(yù)算之間存在差異，因?yàn)樗诘却霈F(xiàn)事件時(shí)會(huì)浪費(fèi)CPU 帶寬并需要額外電流。一個(gè)好的低功耗 MCU 應(yīng)具有充分的中斷功能，為其所有外設(shè)提供中斷，同時(shí)為外部事件提供眾多外部中斷。 按鈕或鍵盤(pán)應(yīng)用可以證明外部中斷的優(yōu)勢(shì)。如果不具備中斷功能，MCU必須頻繁輪詢(xún)鍵盤(pán)或按鈕，以確定其是否被按下。不僅輪詢(xún)自身會(huì)消耗功率，而且控制輪詢(xún)間隔也需要定時(shí)器，其會(huì)消耗附加電流。相比而言，在具備中斷情況下，CPU 可以在整個(gè)過(guò)程中保持睡眠狀態(tài)，只有按下按鈕時(shí)才激活。 在選擇低功率 MCU時(shí)，還需要考慮外設(shè)功耗與電源管理。某些低功率 MCU僅僅是設(shè)計(jì)時(shí)不具備低利率功能的舊架構(gòu)的改進(jìn)版本。而有些 MCU在設(shè)計(jì)時(shí)即具備低功耗特性，并在其外設(shè)中內(nèi)置了低功耗功能。一種特性是在需要時(shí)單獨(dú)啟動(dòng)或關(guān)閉外設(shè)的能力，換言之，更重要的是自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉外設(shè)的能力。A/D 轉(zhuǎn)換器就是一個(gè)例子，其在完成一次轉(zhuǎn)換后可以自動(dòng)關(guān)閉。另外，某些 MCU 正在引入直接存儲(chǔ)器存取功能，其可以在無(wú)需 CPU 干預(yù)情況下自動(dòng)處理數(shù)據(jù)。 大多MCU 具有集成的掉電保護(hù)功能，當(dāng)電源低于正常操作范圍時(shí)其可以復(fù)位 MCU。通常會(huì)提供啟動(dòng)或關(guān)閉掉電保護(hù)以節(jié)省功耗的功能，但是必須在整個(gè)過(guò)程中都使掉電保護(hù)功能置于可用狀態(tài)，因?yàn)榈綦娛遣豢深A(yù)測(cè)的。某些 MCU需要70uA 的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)。在只需要 45uA 平均電流的應(yīng)用實(shí)例中很明顯可以不考慮這些 MCU。----在選擇低功耗 mcu 期間有時(shí)會(huì)忽視漏電流，但是，在苛刻的低功耗應(yīng)用中則必須考慮到漏電流。大多改進(jìn)后的低功耗 MCU都具有 1uA 的限定輸入漏電流。在 20 輸入器件中，它可能會(huì)消耗 20uA！針對(duì)低功耗設(shè)計(jì)的新 MCU具有高50nA 的漏電流。