在规划电池供电产品时，人们明显希望电池寿数尽或许长些。动力灵敏的产品运用大致分为动力计量体系、家庭与楼宇自动化、安全和医疗体系(图1)。这些产品一般会环绕一个微操控器(MCU)，有必要用单个原电池作业很长时刻。在某些运用中，替换电池很困难乃至是不或许的，即便在其它一般运用中，用户也不大乐意付出替换电池的本钱。
这类运用中选用的是在极低占空比下作业的微处理器，它在“深度睡觉”状况下的时刻或许占了99％乃至更高(到达99.9％也不稀有)。微处理器在一个周期循环或在回应某些影响时被“唤醒”来履行操作，并返回到睡觉状况中。因为它们花了如此多时刻在睡觉状况，很明显，取得更长电池寿数的关键是在掉电状况下的电流耗费。不过，同一节电池的运用寿数为3或4年与超越10年、延至20年乃至更长之间的差异在于，要密切注意这个使命怎么运用MCU资源的各个方面，以及MCU自身是怎么规划成以各种方式削减能耗的。
一节单电池可用20年
CR2032扣子电池广泛用于小型MCU(如长途环境传感器)中，这是一种锂/二氧化锰3V原电池。典型的供货商，如柯达(参考文献1)将其容量*为230mAh到2V的结尾电压才能为5.6k? (约为0.5mA)。假如是那样的话，电池寿数将为400小时，比较之下，动力灵敏的运用可使运用寿数到达20万小时。
图1：人们希望新一代的计量产品能在二十年里作业无人看守。
这种特别的电池具有很好的运用寿数或自放电率，数据表显现10年之后其容量仍达90％。非常类似的是，这相当于接连充电约0.25 ?A，假如能够到达10到20年的电池寿数，那么它能够满意运用的一般要求。
随同电池寿数的是有限的电荷数，规划者有必要在MCU运转的一切阶段削减产品的电流和运转时刻，不只要削减每微安数，还要削减每个动作花费的每个微秒。
为减小深度睡觉形式下耗费的电流，在动力灵敏运用的MCU中选用8位(或16位)内核现已非常遍及。其理由是，8位内核(即便是在这类规划中常常选用的最新版别中)很小，门控相对较少，静电电流或漏电流较低。可是，现在的许多运用都需求比8位内核所能供给的更大的处理才能。在其它MCU运用领域，用户往往挑选从8位升级到一个32位环境。在低功耗的情况下，人们一向先入为主地以为32位内核在其掉电形式状况下运用的电流必定高得令人无法承受。跟着全套低功耗规划技能的呈现，今日的IC规划工程师现已能够用一个32位ARM内核供给各种低功耗形式，效果与8位产品相同乃至更好，而且还能完结快速唤醒。 32位处理器更高的处理功用也使MCU能够更快完结使命，然后能够有更多时刻处于这些低功耗形式下，这能够进一步下降均匀功耗。
低功耗外围设备功用
为完结尽或许低的功耗，优化MCU睡觉状况功耗需求全体的规划办法。除了内核，MCU中的其它模块在待机设备、稳压器、偏置电流发生器，欠压检测比较仪、上电复位电路中会持续耗费电流。简直在任何情况下，一个简略的折衷法则是：掉电状况越久，就有越多外围设备的功用被彻底关断，芯片预备好完结处理使命的唤醒时刻就越长。因为运用之间不同很大，MCU规划工程师供给一种灵敏的断电状况下的扩展套件就显得很重要了，这样产品规划人员就能够很好地为其项目进行待机功率和呼应才能的折衷。
规划一个在nanoamp区取得最深度睡觉状况电流水平的ARM内核仅仅低动力战略的一个过程。能够取得32位内核的处理才能为办理动力的运用拓荒了新途径。在任何时候，它是MCU供电图下面的区域，跟着时刻的推移，它表明从电池里取走的电荷(图2)。
图2：节能MCU内核经过完好的唤醒/作业/回到睡觉周期在多个不同区域节约动力。
灰色区域表明比较8位内核，一个功用更强壮的32位内核在更短周期内完结使命所节约的能量。
便是这样，在详细装备中电流耗费的数字越大，规划人员就有必要更密切注意要最大极限地延伸电池的运用寿数。在EFM32微操控器的开发工具包中，这种丈量是很清楚的，这个工具包的基本功用部分是先进动力.(图3)。该设备不断丈量给MCU内核供电的电压轨下的电流。用一个从模数转化器(ADC)经过电阻器收集电压，而开发工具包软件集成其读数来精确丈量不一起刻的功率。
图3：Energy MICRO的先进动力.。
比较功用更低的MCU，一个32位的内核将花更少的时刻去自动完结一项相同的使命，一起，该内核在运转时耗费的功率也应尽或许低。专心于低功耗的IC规划工程师能够取得许多规划细节来完结其方针。这样的比如包含针对一切芯片同步逻辑优化时钟门控结构，以及安排总线体系和内存(SRAM和闪存)以在任何特定处理中尽或许削减位跳变。选用全套低功耗规划办法会在闪存中发生一个运转典型代码的ARM Cortex-M3内核，而仅需用到低至180μA/MHz的能量。当心运用这些相同的技能能够确保其数字丈量精确，取得低时钟速率，而不只仅是一个最佳功用数字。
一旦MCU被唤醒并履行运用代码，M3内核运用Thumb2指令集也有助于削减“活泼时刻”。运用这样的紧凑型16位指令的双取指令功用，Thumb2ISA的功率非常高。
在削减电流×微秒(current-times-MICROseconds)产品时，MCU规划工程师需求布置更多战略。其间一个是不只削减内核在实践处理运用代码时所花的时刻，而且还要缩短唤醒影响之间的创立(ramp-up)时刻(无论是守时生成或事情驱动)，而且CPU正在预备做“真实的作业”。一种途径是最大极限地削减与内核时钟信号供给相关的发动时刻。众所周知，当一个晶体振荡器从封闭状况中发动时，在作为一个体系时钟运用之前，它需求一些时刻来安稳其输出。相反，一个RC振荡器作为MCU有必要完结的一切使命的时基或许不行精确，但它会在开机后的简直一会儿发生有规矩的输出。部分解决方案是缩短一起供给信号的时刻。CPU在开机上电的一起就开端运转，由RC振荡器进行计时，而小型操控电路一旦安稳下来就将时钟源传到一个晶体振荡器上。RC振荡器输出中任何频率精度不行都不重要，因为运用它的周期相对较短。
简略使命无需MCU内核
虽然规划工程师非常当心肠为一个高功用处理内核供给电源，而且在尽或许短的时刻内完结了这个方针，但芯片规划师或体系规划师有必要问问给定使命是否需求这样的内核，即假如唤醒它仅仅履行简略使命的话，即便是最节能的内核也会糟蹋电池的电荷。咱们再用环境传感器的运用作个比如，它或许需求定时丈量，但只需在不频频的时刻距离内将丈量成果陈述到中心数据记录器中。运转通讯接口的软件仓库必定会要求唤醒MCU内核，但这会更频频地翻开模数转化器，指挥A/D转化，并以低功耗内存堆集成果。假如只要求外围设备设置在互连矩阵(图4)操控下自主运转的话，耗费的功率会更少。因为运用的不同很大，能够灵敏地挑选哪些功用模块来供电以及它们怎么通讯对充分运用这一概念非常重要。
图4：运用一个互连矩阵或“外围设备反射体系”能够履行简略的使命。
在电源预算中加密
众所周知，在现代CMOS半导体工艺中，为硬衔接块IC添加功用的硅区本钱相对较低。这发生了与直觉稍微不共同的成果，为了把功耗降到最低，最有用的挑选往往是添加门控数。运用先进的时钟树规划、时钟门控和片上电源开关等技能，IC规划工程师能够随时轻松地彻底关断不需求的功用。这种办法的一个杰出功用便是加密。即便是看似往常的数据现在也经过例行的加密来确保安全，一般选用被称为AES的算法。这对一个32位MCU内核而言不是一项具有挑战性的使命，但它的确占用了很多的处理器周期，延伸了总的微安×微秒(MICROamps-times-MICROseconds)。这些周期中的大多数花在了履行算法中的一些内部循环计算上，添加一个AES加速器硬件模块可使MCU中止AES算法，转向专用硬件，MCU持续进行其他处理，并以更少的周期得到加密(或解密)成果。
敏捷扩展的动力灵敏运用类别(由少量高端类别如智能电能计量领导)从头界说了用电池驱动一个产品的含义。这些产品有必要在单电池的驱动下供给服务，这一时刻与电池自身的有用期共同，并与电池制造商规则的最大时刻距离(长达乃至超越20年)共同。只要一个高度集成的单芯片微操控器能为这样的规划供给一个实际的解决办法。
IC规划工程师非常重视低功耗芯片规划的每个方面，这样的%&&&&&%架构现在能够供给现代、功用强壮的32位处理器内核给产品规划工程师，一起尽或许地下降了功率要求。
