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,低功耗主要由器材可以驱动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。因为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,以进步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。
多种运用需求低功耗MCU
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)的电流标准中最为显着。高档MCU上的休眠电流一般在3至5?A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。因为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。
新式低功耗形式
为了使MCU具有亚?A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50nA的范围内,这些器材运转实时时钟日历(RTCC)时会添加400nA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330nA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?A降至330nA。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
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。