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选择超低功耗MCU

已有 1195 次阅读2009-12-25 02:03 |系统分类:单片机

全球变暖受到普遍关注，低碳生活的要求将越来越多地出现在生活中。电子行业超低功耗产品的应用就是电子工程师对地球环境的贡献。选择超低功耗处理器将更多的出现在电子工程师的设计中。笔者在从事低功耗系统设计过程中，对选择低功耗处理器有点滴心得与大家分享。

评价低功耗处理器我认为主要从五个方面评价，当然除了这五个方面还有从休眠模式到恢复运行的时间等对功耗影响比较大的其它因素。但是那些基本属于所有厂商都致力解决的问题。市场上有5个厂商的产品进入了我的视线，他们都提供了微安级运行的处理器。由于不同场上的产品线大不相同，我选择了性能比较接近的5种产品进行比较。他们是TI的MSP430F11系列、EM 微电子公司的EM6819、ATMEL公司的Atmega164P、ST公司的STM8L和 Silicon labs的C8051F90。本文均选择有片上FLASH的进行比较。由于MSP430是16位的，而其它均是8位的处理器，这个比较可能并不准确，但是可以给关心这个话题的朋友提供参考。

1、运行电压

低功耗产品多数是为电池供电的产品设计的，所以都以单颗或两颗电池的电压作为设计目标。EM6819和C8051F90可以从0.9V开始工作，并在片上为外设提供DC-DC变换器；ATM8L可以从1.65V 开始工作；Atmage164P和MSP430可以工作从1.8V开始工作。他们都覆盖了3.3V这个最常用的电压。值得注意的是，有些处理器标称的耗电都不是所有电压下的测试结果，而是一定的电压、一定的工作频率的测试值。所以想了解特定应用的功耗必须根据使用手册更具体的描述。

2、运行功耗

这个指标是选择低功耗处理器最重要的指标。考虑这个指标的时候，就是要考虑瞬时电流，而不是考虑平均电流。有的处理器处理能力强，可能在１毫秒就能处理另一个处理器１０个毫秒的信息，功耗是另一个处理器的１０倍。而如果１０个毫秒的处理速度可以完成我们的任务，我们就不能选１个毫秒能完成处理的那个能力强而功耗高的处理器。原因是如果选择钮扣电池供电，他供电能力的测试条件是15K负载。当超过这个负载能力的时候，电池容量大打折扣。因此对于低功耗系统处理器处理能力适用是应该遵循的原则。在适用的前提下，瞬间最大耗电约小越好。

3、省电模式

灵活运用省电模式是低功耗设计的关键，所有产品都至少考虑了运行（Active Mode）、等待(Standby)、休眠(sleep)、停电(Power Down )四级省电模式。MSP430更是提供了6级省电模式，给设计者提供了更多级别的设计选择。

省电模式的功耗是与处理器在什么时钟下工作有关的。文后附表中的运行模式的功耗是1MHz下的手册数值。STM8L给出的省电模式下的功耗比较详细，CPU关闭是在2MHz下的手册数值。设计者一定要确定自己的系统需要的工作频率，然后在这个工作频率下比较运行功耗和省电模式的功耗。切不可相信任何一家的对比结果，因为对于你的应用这些标称值可能相去甚远。

从省电模式向运行模式转换的时间多数产品可以做到2-6uS，这也是提高运行效率的值得关注的指标。

4、中断

在省电模式的状态由外部中断启动到运行模式是低功耗设计比较多使用的，所以这个功能是值得设计者关注的。幸运的是多数产品都具备了这个功能。

5、片上功能与接口

低功耗设计需要从系统考虑，而不是只考虑处理器本身的功耗。所以处理器片上功能极大影响系统功耗。因此在选择低功耗处理器的时候，要关注片上提供的其他附加功能。如果系统设计需要，选择片上具备所需要的接口的处理器，即能降低系统功耗，又可以提高可靠性。

下表给除了5个处理器的大部分指标。这个指标仅供参考，实际选择要仔细阅读产品手册。这里只是推荐大家关注这些超低功耗的处理器。

Atmega164 C8051F90 EM6819 STM8L MSP430F11

运行电压： 1.8-5.5V 0.9-3.6V 0.9-3.6V 1.65-3.6V 1.8-3.6V

最高处理能力(mips)： 10 18 7.5 16 ?

工作模式耗电：(typ)

AM 3V，1MIPS（uA）: 240 160 140 150 300