低功耗体系规划需求留意许多非传统性要素，从硅片工艺技能，直到在微控制器嵌入平台上运转的软件。在体系级做仔细检查可提醒出决议微控制器能效的三个主要参数：有源形式功耗;待机功耗;以及作业周期，后者决议了两种状况上所花时刻的比率，而这个比率则取决于软件的行为。
低功耗待机状况可以使一只微控制器看似十分高能效，但只需考虑了影响到有源功耗的一切要素后，才干证明其终究功用。
低功耗待机状况可以使一只微控制器看似十分高能效，但只需考虑了影响到有源功耗的一切要素后，才干证明其终究功用。鉴于这个和其它原因，工艺技能、IC架构以及软件结构之间的权衡便是一些决策问题，有一些奇妙和有时无法预期的成果。一个MCU中各功用块彼此结合的办法，对全体能效有明显的影响。即便硬件完结上看似细小的改动，也或许致使一个体系生命周期内的总能耗产生巨大的动摇。
低功耗运用
举例来说，读表与报警体系，一般一节电池要供10年电。某只传感器读取功耗的少量添加(在产品的生命周期中，这种读数动作要产生上亿次)，就或许使产品的实践现场寿数削减数年时刻。一只简略的烟雾警报器，每秒要勘探一次空气中的烟尘粒子，在其生命周期内完结3.15亿次读取。
一只简略烟雾报警器的活动比率(或作业周期)还相对算低的。每只传感器读数时或许花费时刻不到数百毫秒就能完结，大部分时刻花在当MCU唤醒ADC以及其它灵敏模仿元件时的校准和安靖上，以使它们到达一个安稳的作业点。在本例中，作业周期是规划的要害，这个规划在约99.88%的时刻中是处于不活动状况。
传统的烟雾警报器还算比较简略。考虑一个更杂乱的RF规划，它有一个传感器网格，将读数成果转发给一个主控运用。传感器需求从一个主结点倾听活动状况，这样一方面可以布告说自己依然在网格网络中，或许将最新捕捉的信息发送给路由器。不过，添加活动或许并不影响整个作业周期;相反，选用更高功用的器材，可以在每次激活期间完结更多功用。由于更先进架构与半导体技能，使得处理速度的添加成为或许，较快器材可以供给更高的能效，而较慢器材则要运转更长周期。要点在于了解工艺技能、MCU架构，以及软件完结之间的交互效果。
硅挑选
CMOS能耗数据。简直一切MCU的完结都运用了CMOS技能(图1)。任何激活态下逻辑电路的功耗都可以用公式CV2f表明，其间C是器材内开关电路途径的总电容，V是电源电压，而f是作业频率。电压和电容都是所选用工艺技能的要素。曩昔三十年以来，CMOS逻辑的芯片作业电压现已从12V降到缺乏 2V，原因是晶体管标准的缩小。鉴于电压在有源功耗的公式中是一个二次项，因而电压的下降有明显的效果。
虽然电容项是线性的，但摩尔定律的缩小也十分有利于下降其全体水平。关于一个给定的逻辑功用，更先进的工艺可供给较低%&&&&&%，然后取得较前代更低的功耗。别的，先进的规划技能可以完结时钟门控，这样只需完结实践使命的电路才作业，然后下降了整体开关频率。
与其它技能比较，CMOS明显下降了糟蹋的能量;可是，走漏电流依然存在。与有源功耗相反，走漏功耗会随摩尔定律标准的缩小而添加，在任何低功耗运用中都要考虑它的要素，由于关于一个低作业周期体系，大部分时刻是处于非激活状况。但对有源功耗，电路规划就对实践走漏有重要影响。与时钟门控相似，电源门控可以大大改进走漏的效应，使更先进工艺结点成为低作业周期体系的较好挑选，虽然理论上较老工艺技能可以供给更低的走漏数值。
适宜的工艺技能。对每组特性调集都存在着一种恰当的工艺技能。答案并非简略地取决于一种有最低理论走漏值的工艺技能，由于器材在睡觉形式下花费的时刻许多。在睡觉形式下，可以封闭MCU中大部分的电源，从公式中拿掉走漏成份。当电路活动时，走漏是一个较大的问题，但先进晶体管的优势在于能以高得多的功率切换，然后可以轻易地抵消这个问题。
举例来说，90 nm工艺的走漏电流要比专用的低功耗180 nm工艺高出大约五倍。有源形式功耗要低四倍，但其基数是一个大得多的数值。
例如一个180 nm MCU，其有源耗电为40 mA，深度睡觉形式耗电为60 nA，与这些功率水平比较，90 nm完结的功率水平可以将有源耗电降至10 mA，但睡觉形式电流较高，为300 nA.对90 nm完结来说，MCU必须在0.0008%的时刻里为活动状况，才干取得更高的整体能效。换句话说，假如体系每天只活动作业1秒，则90 nm版的能效大约是其180 nm对手的1.5倍。结论是，在挑选工艺标准时，要害在于了解运用的作业周期(图2)。
一旦挑选好了适宜的作业技能，IC规划者就可以挑选进一步优化动力功用。当时钟门控开始面世时，它只在一个相对粗糙的水平上运用。时钟门控添加了一个体系的杂乱性，由于电路规划者需求知道在任何确认的时刻时，哪个逻辑途径需求时钟信号。
时钟分配。大多数MCU完结都选用一种层次式结构，将时钟信号和相应的电压水平分配到IC的各个部分。各个功用单元(如指令处理块与外设)被划分为组，每组都馈给一个独立的时钟树和电源网络。一个分频器或复用器从一个公共时钟源取得每一组的时钟信号。相同，假如这些组需求不同的电压(这种计划日益遍及)，则一组功率晶体管和稳压器会为每组外设供给电压。
为尽量削减规划的杂乱性，MCU选用了一种相对简略的时钟门控办法，只需一组中的功率单项均未激活，则会关断整个时钟树。不过，这种办法会向那些在活动组中不作业的逻辑送入时钟。例如，假如当时指令是一个分支指令，CPU核心中的加法单元也会收到一个时钟。如前所述，时钟信号在加法器中触发的转化会使功耗添加CV2f倍。
规划东西与技能的前进已可以使时钟门控的粒度添加到某个点，假如外设或功率单元在该周期内不作业，就不会收届时运用的作业周期钟信号。
电压缩放供给了更进一步的节能潜力，它能在必要时，为特定一组功用单元供给一个较低的电压。为一组功率单元或外设供给恰当电压的要害在于片上稳压器或dc/dc转化器的完结，以及监控电路的运用，保证%&&&&&%作业在所需求的电压下。
