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简介
随着近几年物联网的兴起，越来越多的设备增加了4G、蓝牙、WIFI模组，把数据传输到云端，消费者可以实时查看设备数据，这极大的促进了透传设备的发展。尤其是消费品方面，比如：电子表、蓝牙耳机、电子秤、温湿度计等等，这些设备把数据传输到手机上，用户可以查看当前数据及历史记录，增加了使用体验。
物联网设备大都是由电池供电，这就要求低功耗设计，功耗越低，设备工作时间越长，性能更好。
今天我们就系统的分析一下低功耗设备如何设计？如何从软件、硬件方面去优化？
一、从硬件方面
我们都知道硬件设备的电流越大，功耗就越大，电流都是由硬件产生的，所以，硬件设计决定了我们的设备的上限，也就是说硬件设计的越好，产品才会更好用。硬件就像是地基和楼房的框架，设计的越牢固，楼的质量才能更好。
1.1 硬件隔离设计
这里我们以物联网设备为例，这类设别通常是由MCU+模组的方式设计的，MCU的话一般选用低功耗的，模组一般是4G模块、蓝牙模块、WIFI模块、NB-IOT等其中的一种。
通信方式一般为MCU把采集到的数据通过串口发给这些模组，模组再上报到云端或手机APP。
这里的功耗来自于MCU与模组之间的通信连接产生硬件功耗，从硬件设计方面考虑降低功耗最好的设计方式就是物理隔离，MCU和模组的通信隔离了，那就没有功耗产生了，这里我们在MCU和模组通信之间增加一个三极管开关电路，当设别休眠时关闭三极管，当设别唤醒时需要上报数据时，再打开三极管的开关，这样模组就是只有在需要的时候才建立通信，不需要的时候通信时完全断开的，也就没什么硬件功耗了。
电路设计案例如下图所示：
1.2 硬件开关设计
本案例的设备采用6节电池供电，电压范围在18V~25.2V，需要采集电池电压，而电池电压较高会产生一定功耗，这里采用一个三极管+PMOS的电路设计，当设计唤醒时打开三极管就可以采集电压，设备需要休眠时关闭三极管，输入电压也就无法通过MOS管，采样电路就不会产生什么功耗了。
电路设计案例如下图所示：
二、从软件方面
2.1 低功耗模式
设备的功能都是由软件驱动的，低功耗MCU一般都会有几种低功耗模式，以STM32G070系列单片机为例，低功耗模式有Sleep、LPSleep、Stop0、Stop1等这几种模式选择，每种模式下不同的频率对用不同的功耗，我们可以根据自己的需求，通过软件设置不同的低功耗模式，来实现低功耗设计。
STM32G070功耗模式如下图：
2.2 管脚设置
低功耗模式下，为了达到更低的功耗状态，单片机的管脚需要进行相应的设置，一般规格书都会说明，需要设置到某种状态，比如东软8位单片机ES7P7021，明确提到进入休眠之前，各个外设模块需要关闭使能位，另外悬空的I/O口需要固定电平，进行上拉或下拉处理，以免端口漏电产生功耗。
东软ES7P7021低功耗管脚设置如下图：
三、总结
低功耗设计需要软硬件结合，硬件做好隔离，电源保持稳定，连接处没有压差，保证好这些硬件环境，软件再按照规格书低功耗设计来实现低功耗功能。其核心主要是：
-硬件隔离设计，通过隔离使耗电模块几乎不产生功耗；
-软件设计低功耗模式，选择合适的低功耗模式；
-休眠前设置，休眠之前关闭开启的外设，无用I/O口设置固定高/低电平状态。
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