虽然“绿色”与产品名称结合在一起已成为表明低功耗的公认符号，但低功耗的精确意义却并未被常常表述。
低功耗单片机(MCU)的要求会跟着运用以及运用中运用MCU的方法的不同而有所改变。例如，在电池供电的恒温器运用中，低功耗主要由器材能够驱动LCD显现屏的最低功耗形式界说，在这种情况下，下降功耗会延伸电池的运用寿数。在其他低功耗运用(如电表)中，低功耗是指体系在运转期间耗费的作业电流。第三类体系是需求坚持时刻的体系，而不论体系的主电源是否存在。停电期间的电表便是第三类体系的一个比如。由于各种运用的要求不尽相同，具有愈加灵敏的功耗形式的MCU答应规划人员进一步定制体系操作。
在曩昔，MCU的作业形式用于器材操作;闲暇和打盹形式可下降或消除CPU开关功率，一起答应外设运转;休眠形式答应以最低功耗运转有限的外设。跟着当今的高档MCU转向更高档的硅工艺(可将体系本钱降至最低并减小作业电流)，一些新的低功耗形式正在添加，以前进MCU的灵敏性。咱们将经过调查当今高档MCU中某些新式低功耗形式在各种运用中的运用来对其进行探求。
咱们将运用电池寿数预算器(BLE)软件东西和16位MCU对不同运用中完成的各种功耗形式进行比较。Microchip的BLE是免费的软件东西，答应规划人员预算体系的电池寿数，并确认哪种可用的作业形式最适合其运用。PIC24FJ128GA310 MCU系列供给了一些新的低功耗形式，其LCD显现驱动器在如下一些示例中可发挥杰出的效果。
恒温器已变得愈加杂乱，需求显现更多信息并掩盖多个区域。因而，一般需求很多片上闪存程序存储器来存储以多种语言显现的杂乱菜单。
一般来说，需求选用高档工艺才干出产出价格具有竞争力的大存储器MCU。跟着半导体工艺的开展，晶体管的作业电流削减而走漏电流添加正成为趋势。走漏电流添加在低功耗形式(如休眠形式)的电流规范中最为显着。高档MCU上的休眠电流一般在3至5 uA的范围内，而典型恒温器运用的大多数时刻仅仅用来驱动分段式LCD显现屏。一般在休眠形式下驱动分段式LCD显现屏，该形式答应某些外设(本例中为LCD驱动器)在CPU和大多数外设掉电时运转。恒温器有必要被定时唤醒并进入作业形式，读取温度、更新显现屏，或许还要发信号使火炉、电扇或空调设备敞开。可是，99%以上的时刻仅需求休眠形式。由于很多时刻处于休眠形式，因而改进休眠电流就能大幅添加体系的电池运用寿数。
为了使MCU具有亚uA级的功耗形式，许多供货商引入了新的低功耗深度休眠形式。典型的深度休眠电流在10至50 nA的范围内，这些器材运转实时时钟日历(RTCC)时会添加400 nA的电流。经过封闭整个器材而仅保存少数存储器、实时时钟(或许还有看门狗定时器)，可完成极低电流。可是，这些深度休眠形式不答应外设运转或坚持器材上的数据RAM。当器材从深度休眠中唤醒时，假如RAM内容丢掉，则器材需求履行重启例程，然后才干康复程序履行。
新的低功耗形式(如低电压休眠形式)能以典型值为330 nA的基电流坚持器材的数据RAM，并答应运转额定的低功耗外设。此低电压休眠形式会坚持器材的RAM，并经过削减器材的片上稳压器输出来下降休眠电流。经过下降送入器材逻辑的电源电压并约束作业外设，MCU的休眠电流可从3.7 uA降至330 nA。在这种类型的MCU休眠形式下，LCD驱动器、定时器和RTCC等外设仍可运转，且仅添加极小的电流。器材从低电压休眠形式康复到作业状况的时刻不到从深度休眠唤醒的时刻的一半。器材随后从下一条指令开端履行，而不是深度休眠形式唤醒一般需求的从重启序列开端。
图1：电池寿数预算器东西主屏幕
阐明——如图1所示，电池寿数预算器东西的主屏幕显现了MCU及其作业电压、电池和作业形式。恒温器模型的电池寿数预算成果为11年零88天。
此外，BLE东西还会为单片机在每种作业形式中将花费的时刻以及在每种形式中将耗费的功率数进行建模。图1给出了BLE的输出显现，您可在其间设置体系的几个要害参数，然后得到寿数预算值平和均体系电流。首要，挑选MCU和体系的作业电压。这使得电池寿数预算器取得相应的规范参数。然后挑选电池或电池对——本例中为2节AAA碱性电池。还能够挑选预期的体系作业电压和作业温度，以取得最适合用于电池寿数预算模型的规范参数。终究，对体系中将运用的作业形式进行界说。关于咱们的恒温器来说，将运用两个形式。
为了对恒温器仅显现LCD屏幕的时刻进行建模，创建了一个名为“显现LCD”的作业形式。“显现LCD”作业形式运用低电压休眠形式来供给用于驱动LCD的最低功耗形式。电池寿数预算器东西建模为将器材的作业周期设置为30秒，其间的29.5秒用于低电压休眠形式。第二个作业形式为更新温度和LCD，用于对MCU监督温度、更新LCD屏幕以及与HVAC设备通讯所需的时刻进行建模。
为了更好地领会新的低电压休眠形式以及如安在BLE东西中完成作业形式，能够检查Add/Modify Mode(添加/修正形式)屏幕，如图2所示。在此屏幕中，规划人员能够调整Duration(继续时刻)设置，此设置当时为29.5秒。经过运用Additional System Current(额定体系电流)输入框，规划人员能够添加MCU外围电路的电流耗费预算值。在本例中，添加了4 uA的体系电流，表明LCD显现屏耗费的电流，还添加了1 uA的额定电流，表明内部LCD偏置电阻所需的电流。接下来，挑选功耗形式(本例中为低电压休眠)以及所需的外设。为了供给精确的体系电流模型，已挑选LCD驱动器、BOR、WDT和RTCC。MCU自身耗费的电流为1.88 uA，此电流与咱们的5 uA体系电流相加，到达体系在低电压休眠形式下所需的6.88 uA。
图2：电池寿数预算器东西形式修改屏幕
阐明：电池寿数预算器东西的形式修改屏幕答应规划人员指定每个所用功耗形式的条件并为其命名。
BLE主屏幕显现，器材在低电压休眠形式下耗费的均匀电流为6.88 uA，器材短期处于作业状况时耗费的电流略高于327 uA，因而总均匀电流低于6.9 uA。体系电池寿数的预算值约为12年，也便是说比电池的储藏寿数多出约5年。图3显现了一个相似的剖析，但运用的是休眠形式而不是低电压休眠形式，此剖析得出的均匀电流约为10.5 uA，电池寿数削减了三年。
图3：电池寿数预算器东西
阐明：根据休眠形式预算的电池寿数比根据规范休眠形式预算的电池寿数少了三年。
关于MCU来说，大多数时刻处于作业形式的体系是另一个极点，例如电表。现在的电表在整个作业周期中只会处于两种状况。通电时处于正常作业形式。在这个“正常”作业形式下，MCU处于活动状况，不断丈量电压和电流，并核算经过电表供给的功率。电表或许还要监督潜在篡改、驱动LCD显现屏并或许与读表设备进行通讯。
当电表运转时，或许看起来电力很足够。事实上，电力是由电表制造商的终究客户——电力公司供给的产品。电力公司为上百万的客户供给电力，即便很小的电力损耗关于电力公司的事务来说都要支付很大价值。实际上，大多数电表有必要作业在IEC拟定的10 VA功率预算下。假如考虑到或许的线路改变、元件容差和体系规划裕度，在运用电容式电源时，体系MCU电流预算的终究成果约为10 mA。
现在的一些低本钱电表选用8位MCU，在作业形式下全速运转时耗费的电流一般超越10 mA。为了坚持在体系功率预算范围内，一般需求规划人员以较低的频率运转MCU。当时许多16位MCU运用先进工艺和规划技能来供给低至150 uA/MHz的典型作业电流，并且能全速运转在16 MIPS，而耗费的电流不超越6.9 mA。下降的作业电流为规划人员供给了两种挑选：下降MCU的运转速度以削减体系功耗;添加额定的功用，一起坚持体系功耗在分配的预算范围内。
虽然电表将绝大多数时刻用在作业状况，但其也是运用功耗最低的形式之一(Vbat)的运用示例。Vbat功用供给了一个专用引脚，该引脚可供给备用电源，例如LTC电池或超级电容。假如体系的主电源掉电(如在停电期间)，RTCC的电源会主动转换到备用Vbat引脚。电表中的RTCC在断电期间非常重要，由于按运用时段计费正日益遍及。经过Vbat作业时，RTCC答应LTC电池继续运用数十年，几乎是无限的备用作业电源。将Vbat功用与RTCC合作运用不只局限于电表。许多运用，包含上述恒温器，都可运用RTCC在停电或替换电池期间坚持时刻。带有%&&&&&%或电池的Vbat还有助于消除由停电引起的恼人亮光。
在高度重视功耗的环境下，低功耗MCU的开展促生了极具灵敏性的通用MCU。工艺技能和规划技能的前进使16位MCU的作业电流可低至150 uA/MHz。新的低功耗形式(如低电压休眠和Vbat)为功耗办理链添加了灵敏性，答应通用MCU在更为广泛的运用中作业。终究成果是呈现功用强大且适应性强的单片机，完成对客户友爱的高能效终端运用。
