節能微控制器設計可延長電池壽命,在設計電池供電產品時，人們顯然希望電池壽命盡可能長些。能源敏感的產品應用大致分為能源計量系統、家庭與在設計電池供電產品時，人們顯然希望電池壽命盡可能長些。能源敏感的產品應用大致分為能源計量系統、家庭與樓宇自動化、安全和醫療系統(圖1)。這些產品通常會圍繞一個微控制器(MCU)，必須用單個原電池工作很長時間。在某些應用中，更換電池很困難甚至是不可能的，即使在其它普通應用中，用戶也不大愿意支付更換電池的成本。

　　這類應用中采用的是在極低占空比下工作的微處理器，它在“深度睡眠”狀態下的時間可能占了99％甚至更高(達到99.9％也不罕見)。微處理器在一個周期循環或在回應某些刺激時被“喚醒”來執行操作，并返回到睡眠狀態中。由于它們花了如此多時間在睡眠狀態，很明顯，獲得更長電池壽命的關鍵是在掉電狀態下的電流消耗。不過，同一節電池的使用壽命為3或4年與超過10年、延至20年甚至更長之間的區別在于，要密切注意這個任務如何使用MCU資源的各個方面，以及MCU本身是如何設計成以各種方式減少能耗的。

　　一節單電池可用20年

　　CR2032紐扣電池廣泛用于小型MCU(如遠程環境傳感器)中，這是一種鋰/二氧化錳3V原電池。典型的供應商，如柯達(參考文獻1)將其容量*為230mAh到2V的終點電壓能力為5.6k? (約為0.5mA)。如果是那樣的話，電池壽命將為400小時，相比之下，能源敏感的應用可使使用壽命達到20萬小時。

　　圖1：人們期望新一代的計量產品能在二十年里工作無人看管。

　　這種特殊的電池具有很好的使用壽命或自放電率，數據表顯示10年之后其容量仍達90％。非常相似的是，這相當于連續充電約0.25 ?A，如果能夠達到10到20年的電池壽命，那么它可以滿足應用的一般要求。

　　伴隨電池壽命的是有限的電荷數，設計者必須在MCU運行的所有階段減少產品的電流和運行時間，不僅要減少每微安數，還要減少每個動作花費的每個微秒。

　　為減小深度睡眠模式下消耗的電流，在能源敏感應用的MCU中采用8位(或16位)內核已經非常普遍。其理由是，8位內核(即使是在這類設計中經常采用的最新版本中)很小，門控相對較少，靜電電流或漏電流較低。但是，現在的許多應用都需要比8位內核所能提供的更大的處理能力。在其它MCU應用領域，用戶往往選擇從8位升級到一個32位環境。在低功耗的情況下，人們一直先入為主地認為32位內核在其掉電模式狀態下使用的電流一定高得令人無法接受。隨著全套低功耗設計技術的出現，今天的IC設計工程師已經可以用一個32位ARM內核提供各種低功耗模式，效果與8位產品一樣甚至更好，而且還能實現快速喚醒。 32位處理器更高的處理性能也使MCU可以更快完成任務，從而能夠有更多時間處于這些低功耗模式下，這可以進一步降低平均功耗。

　　低功耗外圍設備功能

　　為實現盡可能低的功耗，優化MCU睡眠狀態功耗需要整體的設計方法。除了內核，MCU中的其它模塊在待機設備、穩壓器、偏置電流發生器，欠壓檢測比較儀、上電復位電路中會繼續消耗電流。幾乎在任何情況下，一個簡單的折衷法則是：掉電狀態越久，就有越多外圍設備的功能被完全關斷，芯片準備好實現處理任務的喚醒時間就越長。由于應用之間差別很大，MCU設計工程師提供一種靈活的斷電狀態下的擴展套件就顯得很重要了，這樣產品設計人員就可以很好地為其項目進行待機功率和響應能力的折衷。

[$page]　　設計一個在nanoamp區獲得最深度睡眠狀態電流水平的ARM內核只是低能源戰略的一個步驟。能夠獲得32位內核的處理能力為管理能源的利用開辟了新途徑。在任何時候，它是MCU供電圖下面的區域，隨著時間的推移，它表示從電池里取走的電荷(圖2)。

　　圖2：節能MCU內核通過完整的喚醒/工作/回到睡眠周期在多個不同區域節省能源。

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