超低功耗MCU的设计思路

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gggg7|  楼主 | 2023-2-17 18:06 | 显示全部楼层 |阅读模式

现代 [超低功耗MCU](https://www.runjetic.com/) 已整合相当多的的模仿外围,不能单纯考虑数字电路的动态功耗。MCU芯片 运转时的总功耗由模仿外围功耗和数字外围的动态功耗相加而得。模仿电路的功耗一般由作业电压及其功用要求指针来决议,例如 100 ns 传递推迟 (Propogation Delay) 的比较器作业电流或许约为 40 微安,当答应传递推迟标准为 1 μs 时,作业电流有时机降到个位数微安。
数字电路的动态功耗首要来自开关频率、电压及等效负载电容,其计算公式如下:

    PDynamIC (动态功耗) ~ f (作业频率) x CL (等效负载电容) x VDD2 (作业电压)

    由以上公式能够了解到下降动态功耗最直接的办法为下降作业电压及作业频率。但 MCU 实践运用面一般要求更广大的作业电压及更高的效能。在下降作业电压方面,能够挑选更新近的制程,并透过 LDO 让 CPU 内核、数字电路及与管脚输收支电压无关的模仿外围在低压操作,IO 管脚及需求与其他外部电路衔接的模仿外围则在较高的体系电压操作。如此能够统筹低功耗及宽作业电压的需求。在下降作业频率这项参数上,一个规划优秀的 32 位 [低功耗MCU](https://www.runjetic.com/)更能突显其效能优势,除了直觉的 MIPS 比较之外,32 位总线也代表更高的数据存取带宽,能以更低的作业频率到达相同的效能,从而下降全体功耗。别的,假如 MCU 内建与操作频率相关的模仿外围,例如石英晶体震动电路、嵌入式闪存或电流式 DAC,其电流耗费与转化频率成正比,也要归入低功耗 MCU 的动态功耗规划考虑。
瑞纳捷针对低功耗应用推出了RJM8L151S和RJM8L003系列产品,已应用到该领域。RJM8L151S和RJM8L003系列产品是基于8051增强型单片机,工作电压2.0-5.5V,主频达16MHz,内置32KB FLASH,4KB SRAM,真随机数发生器,丰富外设接口。采用先进的低功耗设计,通过不同的电源域与时钟域的组合,支持6种低功耗模式,待机模式(Halt)0.6uA,低速运行85uA@32KHz,高速运行小于4mA@16MHz。
低功耗模式及特性:一、 HALT模式系统所有时钟停止,系统不掉电,RAM处于保持状态。因此,可以节省动态功耗。

二、 ACTIVE_HALT模式CPU和外设时钟关闭,但低速时钟LSI或LSE开启,因此,可以用RTC、LPTIMER和LPUART唤醒。

三、 WAIT模式CPU时钟停止外,其他模块正常工作,系统工作在高速时钟HSI或HSE或HSO。因此,唤醒时间非常短,只需3个系统时钟周期就可唤醒。

四、 LOW_POWER_WAIT模式CPU时钟停止外,其他模块正常工作,系统工作在低速时钟LSI或LSE或高速时钟HIS的16分频下。

五、 LOW_POWER_RUN模式高频时钟关闭,开启LSI或LSE运行。

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