低功耗模仿外圍及內(nèi)存

   超低功耗MCU 在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)除了 CPU 內(nèi)核及被致能的數(shù)字外圍電路在作業(yè)外，越來越多被整合到內(nèi)部的模仿外圍電路也是耗電的首要來歷。以最簡略的 while (1); 履行序來剖析運(yùn)轉(zhuǎn)功耗，共包括下列耗電來歷： CPU 內(nèi)核、時(shí)鐘振蕩器、嵌入式閃存內(nèi)存、及 LDO 自身的耗費(fèi)電流。代入以下典型值數(shù)據(jù)將會(huì)更清楚顯現(xiàn)各個(gè)部分對耗電的影響：

    運(yùn)轉(zhuǎn)頻率 12MHz,MCU 電壓 3V,LDO 輸出 1.8V 供應(yīng) CPU 內(nèi)核、內(nèi)存及其他數(shù)字電路

    低功耗芯片 CortexTM-M0內(nèi)核：600 μA

    嵌入式閃存內(nèi)存：1.5 mA

    低功耗12MHz 晶震電路：230 μA

    LDO自身的靜態(tài)耗費(fèi)電流：70 μA

    總和 = 0.6 + 2 + 0.23 + 0.07 = 2.4 mA,均勻功耗約 200μA/MHz

    其間耗電份額最高的是嵌入式閃存內(nèi)存。假如要運(yùn)轉(zhuǎn)在更高頻率，通常會(huì)發(fā)動(dòng)內(nèi)建的 PLL 供給更高頻率的時(shí)鐘源，在 1.8V 供電的典型 PLL,12MHz 輸入輸出 48 MHz作業(yè)電流約為 1 ~ 2mA,假如不能有用下降 PLL 耗電，對高頻作業(yè)的低功耗MCU芯片 將是一大電流擔(dān)負(fù)。

    LDO 的最低靜態(tài)功耗、32.768 kHz 晶振電路、BOD 及 TN LCD 驅(qū)動(dòng)電路的作業(yè)電流，都會(huì)大大影響到待機(jī)或 RTC 形式的功耗指針。以低功耗運(yùn)用的熱能表為例，RTC 加 LCD 顯現(xiàn)的功耗要求在 3V/8μA 以下，這代表能夠預(yù)估分配給下列電路的電流預(yù)算為：LDO 靜態(tài)功耗 0.5μA + 32.768 kHz 晶振及RTC電路 1μA + BOD 1μA + TN LCD 驅(qū)動(dòng) 4μA + LCD 玻璃 1μA + 一切數(shù)字電路及模仿外圍漏電流 0.5μA.這些模仿外圍除了低耗電要求，一起有必要兼具要求批量生產(chǎn)及溫度變化時(shí)的一致性，這對模仿規(guī)劃人員將是一大應(yīng)戰(zhàn)。

    快速喚醒這個(gè)功用指針也會(huì)影響到下列模仿外圍的安穩(wěn)時(shí)刻。當(dāng) MCU 從低耗電的待機(jī)形式喚醒時(shí)，首要要將 LDO 快速切換到高供電形式，發(fā)動(dòng)內(nèi)部高速 RC 震動(dòng)器，使能嵌入式閃存及 CPU,以上一切電路的安穩(wěn)時(shí)刻總和有必要在數(shù)個(gè)微秒內(nèi)完結(jié)，才干契合快速喚醒的需求。

    別的一個(gè)簡單被疏忽的規(guī)劃是外圍電路發(fā)動(dòng)電流，因?yàn)橄喈?dāng)多的便攜設(shè)備選用 CR2032 小型鋰電池，瞬間推動(dòng)力僅稀有 mA,特別運(yùn)用一段時(shí)刻瞬間推動(dòng)力會(huì)更低，當(dāng) MCU 被喚醒時(shí)果外圍電路發(fā)動(dòng)電流總和太大時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致 CR2032 輸出電壓驟降而導(dǎo)致 MCU 重置 (Reset) 或作業(yè)不正常。為了防止此問題，除了下降外圍電路的發(fā)動(dòng)電流，另一種方法是分時(shí)分段發(fā)動(dòng)外圍電路，不要會(huì)集敞開太多耗電的電路。

    均勻功耗核算典范

    為了讓讀者更詳細(xì)了解均勻功耗的核算，以新唐科技的低功耗 32位 MCU Nano 系列及血糖計(jì)運(yùn)用為例，進(jìn)行運(yùn)用年限的預(yù)估。新唐的 Nano 系列低功耗 32位 MCU 的 CPU 內(nèi)核為 CortexTM-M0,具有 200uA/MHz 低運(yùn)轉(zhuǎn)功耗、待機(jī)電流僅需1uA、7uS快速喚醒、多重時(shí)鐘信號(hào)來歷及多種作業(yè)形式，多達(dá) 128 KB Flash、16K SRAM 及 12位 ADC、12位 DAC、SPI、I2C、I2S、UART、LCD、Touch Key 等豐厚外圍，契合低功耗、高功用 MCU 運(yùn)用需求。

    此血糖計(jì)典范選用 CR2032 230 mAh 電池，運(yùn)用方法、運(yùn)轉(zhuǎn)功耗及靜態(tài)功耗如下表所示。

    運(yùn)用年限的核算方法請參閱下表。量測時(shí)刻份額、顯現(xiàn)時(shí)刻份額及待機(jī)時(shí)刻份額可由上表求得。例如，量測時(shí)刻份額為 “6 次 x 0.25 分鐘 / (60 x 24) 分鐘 = 0.1%”.其他時(shí)刻份額依此類推。量測均勻電流為 “量測時(shí)刻份額 x (MCU運(yùn)轉(zhuǎn)耗電流 +外部量測電路耗電流 +待機(jī)(含RTC)耗電流 + LCD 耗電流 + CR2032 自放電)”.顯現(xiàn)均勻電流為 “顯現(xiàn)時(shí)刻份額 x (待機(jī)(含RTC)耗電流 + LCD 耗電流 + CR2032 自放電)”.待機(jī)均勻電流為 “待機(jī)時(shí)刻份額 x (待機(jī)(含RTC)耗電流 + CR2032 自放電)”.最終核算出運(yùn)用年限約為 2.77年。因?yàn)榇龣C(jī)時(shí)刻份額高達(dá) 99%,故血糖計(jì)運(yùn)用待機(jī)電流為延伸運(yùn)用年限最重要的參數(shù)。     

    定論

    低功耗MCU規(guī)劃是一個(gè)需求多面向考慮的雜亂作業(yè)，本文僅論述根本規(guī)劃理念。開發(fā)低功耗 MCU 產(chǎn)品時(shí)，不只需應(yīng)戰(zhàn)電路規(guī)劃的高困難度，更要由客戶運(yùn)用的視點(diǎn)考慮性價(jià)比，功用最強(qiáng)的紛歧定是最好的。往往性價(jià)比最適合的才干在商場上取得成功。因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、長途操控、自動(dòng)化辦理等低功耗高效能運(yùn)用需求量繼續(xù)添加，在能夠預(yù)見的未來，32位低功耗MCU將逐步替代8/16位低功耗MCU,成為商場干流。