MCU功耗與何有關(guān)?如何選擇低功耗MCU產(chǎn)品?

在前兩篇功耗文章之中，小編對(duì)FPGA功耗的來(lái)源，以及FPGA的低功耗設(shè)計(jì)有所闡述。為增進(jìn)大家對(duì)功耗的認(rèn)識(shí)程度，本文將會(huì)介紹如何去選擇MCU低功耗產(chǎn)品。如果你對(duì)功耗，抑或是低功耗具有興趣，不妨和小編一起繼續(xù)往下閱讀哦。

一、MCU介紹

MCU，又稱(chēng)單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer )或者單片機(jī)，是把中央處理器(Central Process Unit;CPU)的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存(memory)、計(jì)數(shù)器(Timer)、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動(dòng)電路都整合在單一芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制。

單片機(jī)按應(yīng)用范圍又可分成通用型和專(zhuān)用型。專(zhuān)用型是針對(duì)某種特定產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的，例如用于體溫計(jì)的單片機(jī)、用于洗衣機(jī)的單片機(jī)等等。在通用型的單片機(jī)中，又可按字長(zhǎng)分為4位、8位、16/32位，雖然計(jì)算機(jī)的微處理器現(xiàn)在幾乎是32/64位的天下，8位、16位的微處理器已趨于萎縮，但單片機(jī)情況卻不同，8位單片機(jī)成本低，價(jià)格廉，便于開(kāi)發(fā)，其性能能滿(mǎn)足大部分的需要，只有在航天、汽車(chē)、機(jī)器人等高技術(shù)領(lǐng)域，需要高速處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，才需要選用16/32位，而在一般工業(yè)領(lǐng)域，8位通用型單片機(jī)，仍然是目前應(yīng)用最廣的單片機(jī)。

二、如何選擇低功耗MCU

時(shí)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(jìn)入與退出各種低功耗模式。進(jìn)入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?yàn)? CPU會(huì)在等待時(shí)鐘穩(wěn)定下來(lái)期間浪費(fèi)電流。大多低功耗 MCU 都具有"即時(shí)啟動(dòng)"時(shí)鐘，其可以在不到 10～20us 時(shí)間內(nèi)為 CPU 準(zhǔn)備就緒。但是，重要的是要明白哪些時(shí)鐘是即時(shí)啟動(dòng)、哪些非即時(shí)啟動(dòng)的。某些 MCU 具有雙級(jí)時(shí)鐘激活功能，該功能在高頻時(shí)鐘穩(wěn)定化過(guò)程中提供一個(gè)低頻時(shí)鐘(通常為32768Hz)，其可以達(dá)到 1 毫秒。CPU 在大約 15us 時(shí)間內(nèi)正常運(yùn)行，但是運(yùn)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(huà)，如：25 條，其需要 763us。CPU 低頻比高頻時(shí)消耗更少的電流，但是并不足于彌補(bǔ)處理時(shí)間的差異。相比而言，某些 MCU 在 6 微秒時(shí)間內(nèi)就可以為 CPU 提供高速時(shí)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(shí)現(xiàn)即時(shí)啟動(dòng)的高速串行通信。

事件驅(qū)動(dòng)功能與時(shí)鐘系統(tǒng)的靈活性并存。中斷會(huì)使 MCU 退出低功耗模式，因此，MCU 的中斷越多，其防止浪費(fèi)電流的 CPU 輪詢(xún)與降低功耗的靈活性就越大。輪詢(xún)意味著進(jìn)行與不進(jìn)行功耗預(yù)算之間存在差異，因?yàn)樗诘却霈F(xiàn)事件時(shí)會(huì)浪費(fèi)CPU 帶寬并需要額外電流。一個(gè)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(shí)為外部事件提供眾多外部中斷。

按鈕或鍵盤(pán)應(yīng)用可以證明外部中斷的優(yōu)勢(shì)。如果不具備中斷功能，MCU 必須頻繁輪詢(xún)鍵盤(pán)或按鈕，以確定其是否被按下。不僅輪詢(xún)自身會(huì)消耗功率，而且控制輪詢(xún)間隔也需要定時(shí)器，其會(huì)消耗附加電流。相比而言，在具備中斷情況下，CPU 可以在整個(gè)過(guò)程中保持睡眠狀態(tài)，只有按下按鈕時(shí)才激活。

在選擇低功率 MCU 時(shí)，還需要考慮外設(shè)功耗與電源管理。某些低功率 MCU 僅僅是設(shè)計(jì)時(shí)不具備低利率功能的舊架構(gòu)的改進(jìn)版本。而有些 MCU 在設(shè)計(jì)時(shí)即具備低功耗特性，并在其外設(shè)中內(nèi)置了低功耗功能。一種特性是在需要時(shí)單獨(dú)啟動(dòng)或關(guān)閉外設(shè)的能力，換言之，更重要的是自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉外設(shè)的能力。 A/D 轉(zhuǎn)換器就是一個(gè)例子，其在完成一次轉(zhuǎn)換后可以自動(dòng)關(guān)閉。另外，某些 MCU 正在引入直接存儲(chǔ)器存取功能，其可以在無(wú)需 CPU 干預(yù)情況下自動(dòng)處理數(shù)據(jù)。

大多 MCU 具有集成的掉電保護(hù)功能，當(dāng)電源低于正常操作范圍時(shí)其可以復(fù)位 MCU。通常會(huì)提供啟動(dòng)或關(guān)閉掉電保護(hù)以節(jié)省功耗的功能，但是必須在整個(gè)過(guò)程中都使掉電保護(hù)功能置于可用狀態(tài)，因?yàn)榈綦娛遣豢深A(yù)測(cè)的。某些 MCU 需要70uA 的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)。在只需要 45uA 平均電流的應(yīng)用實(shí)例中很明顯可以不考慮這些 MCU。

在選擇低功耗 MCU 期間有時(shí)會(huì)忽視漏電流，但是，在最苛刻的低功耗應(yīng)用中則必須考慮到漏電流。大多改進(jìn)后的低功耗 MCU 都具有 1uA 的限定輸入漏電流。在 20 輸入器件中，它可能會(huì)消耗 20uA!針對(duì)低功耗設(shè)計(jì)的最新 MCU 具有最高50nA 的漏電流。

以上便是此次小編帶來(lái)的“功耗“相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)本文，希望大家對(duì)如何選擇低功耗MCU產(chǎn)品具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來(lái)更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!