Atmel 的picoPower 技術(shù)延長(zhǎng)電池壽命

Atmel Corporation|387|1">Atmel(R) 的 picoPower(TM) 技術(shù)能使“節(jié)能”的電耗降低到僅有650nA，即使是在 32 kHz 時(shí)鐘和高級(jí)欠壓探測(cè) (Brown-out-detection) 的運(yùn)行情況下也是如此。這是業(yè)界同類(lèi)產(chǎn)品的最低工作電流。

Atmel AVR 營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 Asmund Saetre 表示：“對(duì)于眾多應(yīng)用產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)達(dá)幾年的電池壽命將是一個(gè)必須的要求。人們并不真的喜歡更換他們汽車(chē)鑰匙或者家里 HVAC 系統(tǒng)中的電池。電池使用壽命非常重要，甚至已經(jīng)成為 ZigBee 規(guī)范的一部分。ZigBee 終端產(chǎn)品的電池壽命至少必須達(dá)到2年，否則就不會(huì)通過(guò)認(rèn)證。”

Saetre 總結(jié)說(shuō)：“我們?yōu)橹_(kāi)發(fā) picoPower 的系統(tǒng)有著一個(gè)共同的屬性。它們大多時(shí)間內(nèi)都處于待機(jī)狀態(tài)，但是即使是在睡眠模式下它們都會(huì)耗電。盡管節(jié)省幾個(gè)毫微安的電力看起來(lái)沒(méi)有什么大不了的，但是對(duì)于在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)都處于不活躍狀態(tài)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，睡眠模式下功耗的一點(diǎn)點(diǎn)改善都能使終端產(chǎn)品的電池壽命延長(zhǎng)幾年。Atmel 一直致力于消除或者顯著降低振蕩器、欠壓檢測(cè)器、輸入/輸出針腳漏電之類(lèi)的功耗，從而向市場(chǎng)提供功耗最低的微控制器。”

Atmel 的 picoPower 技術(shù)采用了眾多創(chuàng)新的技術(shù)，這些技術(shù)能夠消除在斷電狀態(tài)下不必要的功耗。其中包括一個(gè)超低功耗 32KHz 晶體振蕩器、睡眠模式下自動(dòng)終止和重新激活欠壓檢測(cè)電路的工作、能夠完全停止對(duì)個(gè)別外圍設(shè)備的電力供應(yīng)的省電寄存器 (power reduction register, PRR) 以及能夠切斷對(duì)特定針腳的數(shù)字輸入的數(shù)字輸入中斷寄存器。

300 nA 32kHz實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC)。許多系統(tǒng)即使是在斷電的情況下也要明確時(shí)間。Atmel 已經(jīng)優(yōu)化了它的 32KHz 晶體振蕩器，從而使帶有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的設(shè)備的總電耗降低到 650 nA。

帶有睡眠模式的 uS Accurate 欠壓檢測(cè)器。欠壓檢測(cè)器探測(cè)的是何時(shí)電力供應(yīng)低于設(shè)備正常工作所要求的最小值，一旦探測(cè)到這種情況就會(huì)啟動(dòng)一個(gè)上電復(fù)位 (POR) 以保護(hù)重要數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有這種保護(hù)，一旦停電，就會(huì)對(duì)這種控制器造成災(zāi)難性的損害，使之無(wú)法工作。欠壓檢測(cè)器的準(zhǔn)確性直接與其所耗費(fèi)的電流成比例。低電壓或無(wú)電壓情況下欠壓檢測(cè)器就會(huì)反應(yīng)又慢又不準(zhǔn)確，而更準(zhǔn)確更快的欠壓檢測(cè)器往往會(huì)耗費(fèi)更多的電。由于欠壓檢測(cè)器通常處于睡眠狀態(tài)，它們能在很大程度上影響電池的壽命。因此，大多數(shù)超低功耗微控制器廠(chǎng)商都會(huì)通過(guò)犧牲準(zhǔn)確性和速度來(lái)降低電耗。

而 Atmel 采取的則是一種新的方法，即開(kāi)發(fā)出一種欠壓檢測(cè)器，這種檢測(cè)器有著足夠大的電流，從而能夠在1.8伏特、2.7伏特和4.5伏特的條件下，在2微秒的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)提供準(zhǔn)確的探測(cè)。電力的節(jié)省是通過(guò)在睡眠狀態(tài)下自動(dòng)使欠壓檢測(cè)器停止工作，并且在控制器被喚醒時(shí)（在執(zhí)行任何指令前）激活欠壓檢測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種方法可以通過(guò)明顯更少的電力消耗來(lái)提供更佳的保護(hù)。

數(shù)字輸入中斷寄存器。針腳數(shù)量較少的微控制器常常將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器與數(shù)字 IO 集中在相同的針腳上。這會(huì)導(dǎo)致電流通過(guò)數(shù)字 IO 緩沖器漏泄。Atmel 已憑借專(zhuān)用輸入中斷寄存器 (DIDR) 解決了這一問(wèn)題，該設(shè)備可通過(guò)軟件將數(shù)字緩沖器從用于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器讀數(shù)的輸入設(shè)備中斷開(kāi)。

省電寄存器。picoPower AVR 微控制器上的省電寄存器 (PRR) 包含有能夠完全阻止時(shí)鐘分配至未使用的外設(shè)模塊的控制位。這種省電寄存器由能使用戶(hù)隨時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉外設(shè)模塊的軟件控制。當(dāng)外設(shè)模塊被省電寄存器斷開(kāi)時(shí)，供電停止，所有的 I/O 寄存器均無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)。重新激活后，外設(shè)模塊會(huì)回復(fù)到斷開(kāi)以前的狀態(tài)。斷開(kāi)外設(shè)模塊的電耗比激活模式下減少5-10%，比待機(jī)模式下減少10-20%。

時(shí)鐘門(mén)控 (clock gating) 技術(shù)。Atmel 還實(shí)現(xiàn)了可動(dòng)態(tài)配置的時(shí)鐘門(mén)控技術(shù)，該技術(shù)能夠凍結(jié)電路某些部分中不需要的時(shí)鐘。一旦再激活，模塊啟動(dòng)后的狀態(tài)一如從前。時(shí)鐘門(mén)控還能夠用于減少噪音并在需要更高分辨率數(shù)據(jù)的場(chǎng)合改善模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的性能。

低時(shí)鐘頻率閃存采樣 (Flash Sampling)。常規(guī)微控制器在工作模式時(shí)閃存處于通電狀態(tài)，從而造成了幾赫茲或更少的低操作頻率下不必要的靜態(tài)功率消耗。AVR 微控制器采用一種叫做閃存采樣的技術(shù)，該技術(shù)使閃存能夠在幾納秒的時(shí)間內(nèi)對(duì)數(shù)組的內(nèi)容進(jìn)行采樣，然后立即停止其功能，從而顯著減少電流泄漏。

Atmel 的 picoPower AVR 信息可以在 http://www.atmel.com/products/avr/picopower上找到。