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发布时间：2020-02-17 13:34:15 阅读：次来源：足球厂家

利用先进MCU的新低功耗模式

Making use of low-power modes on MCUs

作者：Donald Schneider，Microchip Technology

尽管“绿色”与产品名称结合在一起已成为表示低功耗的公认符号，但低功耗的准确含义却并未被经常表述。

低功耗MCU的要求会随着应用以及应用中使用MCU的方式的不同而有所变化。例如，在电池供电的恒温器应用中，低功耗主要由器件能够驱动LCD显示屏的最低功耗模式定义，在这种情况下，降低功耗会延长电池的使用寿命。在其他低功耗应用（如电表）中，低功耗是指系统在运行期间消耗的工作电流。第三类系统是需要保持时间的系统，而不管系统的主电源是否存在。停电期间的电表就是第三类系统的一个例子。由于各种应用的要求不尽相同，具有更加灵活的功耗模式的MCU允许设计人员进一步定制系统操作。

在过去，MCU的工作模式用于器件操作；空闲和打盹模式可降低或消除CPU开关功率，同时允许外设运行；休眠模式允许以最低功耗运行有限的外设。随着当今的高级MCU转向更高级的硅工艺（可将系统成本降至最低并减小工作电流），一些新的低功耗模式正在增加，以提高MCU的灵活性。我们将通过观察当今高级MCU中某些新型低功耗模式在各种应用中的使用来对其进行探究。

我们将使用电池寿命估算器（BLE）软件工具和16位MCU对不同应用中实现的各种功耗模式进行比较。Microchip的BLE是免费的软件工具，允许设计人员估算系统的电池寿命，并确定哪种可用的工作模式最适合其应用。PIC24FJ128GA310 MCU系列提供了一些新的低功耗模式，其LCD显示驱动器在如下一些示例中可发挥良好的作用。

多种应用需要低功耗MCU

恒温器已变得更加复杂，需要显示更多信息并覆盖多个地区。因此，通常需要大量片上闪存程序存储器来存储以多种语言显示的复杂菜单。

通常来说，需要采用高级工艺才能生产出价格具有竞争力的大存储器MCU。随着半导体工艺的发展，晶体管的工作电流减少而泄漏电流增加正成为趋势。泄漏电流增加在低功耗模式（如休眠模式）的电流规范中最为明显。高级MCU上的休眠电流通常在3至5?A的范围内，而典型恒温器应用的大多数时间只是用来驱动分段式LCD显示屏。通常在休眠模式下驱动分段式LCD显示屏，该模式允许某些外设（本例中为LCD驱动器）在CPU和大多数外设掉电时运行。恒温器必须被定期唤醒并进入工作模式，读取温度、更新显示屏，可能还要发信号使火炉、风扇或空调装置开启。然而，99%以上的时间仅需要休眠模式。由于大量时间处于休眠模式，因此改善休眠电流就能大幅增加系统的电池使用寿命。

新型低功耗模式

为了使MCU具有亚?A级的功耗模式，许多供应商引入了新的低功耗深度休眠模式。典型的深度休眠电流在10至50nA的范围内，这些器件运行实时时钟日历（RTCC）时会增加400nA的电流。通过关闭整个器件而仅保留少量存储器、实时时钟（或许还有看门狗定时器），可实现极低电流。但是，这些深度休眠模式不允许外设运行或保持器件上的数据RAM。当器件从深度休眠中唤醒时，如果RAM内容丢失，则器件需要执行重启例程，然后才能恢复程序执行。

新的低功耗模式（如低电压休眠模式）能以典型值为330nA的基电流保持器件的数据RAM，并允许运行额外的低功耗外设。此低电压休眠模式会保持器件的RAM，并通过减少器件的片上稳压器输出来降低休眠电流。通过降低送入器件逻辑的电源电压并限制工作外设，MCU的休眠电流可从3.7?A降至330nA。在这种类型的MCU休眠模式下，LCD驱动器、定时器和RTCC等外设仍可运行，且仅增加极小的电流。器件从低电压休眠模式恢复到工作状态的时间不到从深度休眠唤醒的时间的一半。器件随后从下一条指令开始执行，而不是深度休眠模式唤醒通常需要的从重启序列开始。