在物聯(lián)網(wǎng)的推動下，業(yè)界對各種電池供電設(shè)備產(chǎn)生了巨大需求。這反過來又使業(yè)界對微控制器和其他系統(tǒng)級器件的能源效率要求不斷提高。因此超低功耗MCU與功耗相關(guān)的很多指標都不斷得刷新記錄。在選擇合適的超低功耗MCU微控制器時要掌握必要的技巧，在應(yīng)用時還需要一些設(shè)計方向與思路才能夠更好的應(yīng)用。本篇文章主要介紹如何選擇超低功耗MCU。

(1)在低功耗設(shè)計中的，平均電流消耗往往決定電池壽命。如果某個應(yīng)用采用額定電流為400mAh的Eveready高電量9V1222型電池的話，要提供-年的電池壽命其平均電流消耗必須低于400mAh/8760h，即45.7uA。

(2)在使MCU能夠達到電流預(yù)算的所有功能中，斷電模式最重要。低功耗MCU具有可提供不同級別功能的斷電模式。低功耗模式0(LPMO)會關(guān)閉CPU，但是保持其他功能正常運轉(zhuǎn)。LPM1與LPM2模式在禁用功能列表中增加了各種時鐘功能。LPM3是最常用的低功耗模式，只保持低頻率時鐘振蕩器以及采用該時鐘的外設(shè)運行。LPM3通常稱為實時時鐘模式，因為它是允許定時器采用低功耗32768Hz時鐘源運行，電流消耗低于1uA，同時還可定期激活系統(tǒng)。最后LPM4完全關(guān)閉器件上的包括ram存儲在內(nèi)的所有功能，電流消耗僅100nA。

(3)時鐘系統(tǒng)是MCU功耗的關(guān)鍵。應(yīng)用可以每秒多次或幾百次進入與退出各種低功耗模式。進人或退出低功耗模式以及快速處理數(shù)據(jù)的功能極為重要，因為CPU會在等待時鐘穩(wěn)定下來期間浪費電流。大多低功耗MCU都具有“即時啟動”時鐘，其可以在不到10~20us時間內(nèi)為CPU準備就緒。重要的是要明白哪些時鐘是即時啟動以及哪些是非即時啟動的。某些MCU具有雙級時鐘激活功能,該功能在高頻時鐘穩(wěn)定化過程中提供一個低頻時鐘(通常為32768Hz),其可以達到1ms。CPU在大約15us時間內(nèi)正常運行,但是運行頻率較低，效率也較低。如果CPU只需要執(zhí)行數(shù)量較少的指令的話，如:25條，其需要763usaCPU低頻比高頻時消耗更少的電流，但是并不足于彌補處理時間的差異。某些MCU在6us時間內(nèi)就可以為CPU提供高速時鐘，處理相同的25條指令僅需要大約9us(6us激活+25條指令0.125us指令速率))，而且可以實現(xiàn)即時啟動的高速串行通信。

(4)如果MCU時鐘系統(tǒng)為外設(shè)提供多個時鐘源的話，當CPU處于睡眠狀態(tài)時外設(shè)仍然可以運行。例如，一次A/D轉(zhuǎn)換可能需要一個高速時鐘。如果MCU時鐘系統(tǒng)提供獨立于CPU的高速時鐘，CPU就可以在A/D轉(zhuǎn)換器運行情況下進入睡眠狀態(tài)，從而節(jié)省CPU耗流量。

(5)事件驅(qū)動功能與時鐘系統(tǒng)的靈活性并存。中斷會使MCU退出低功耗模式，因此MCU的中斷越多，其防止浪費電流的CPU輪詢與降低功耗的靈活性就越大。輪詢意味著進行與不進行功耗預(yù)算之間存在差異，因為它在等待出現(xiàn)事件時會浪費CPU帶寬并需要額外電流。一個好的低功耗MCU應(yīng)具有充分的中斷功能，為其所有外設(shè)提供中斷，同時為外部事件提供眾多外部中斷。

(6)按鈕或鍵盤應(yīng)用可以證明外部中斷的優(yōu)勢。如果不具備中斷功能，MCU必須頻繁輪詢鍵盤或按鈕，以確定其是否被按下。不僅輪詢自身會消耗功率，而且控制輪詢間隔也需要定時器，其會消耗附加電流。在具備中斷情況下，CPU可以在整個過程中保持睡眠狀態(tài)，只有按下按鈕時才激活。

審核編輯：湯梓紅