針對便攜式工業(yè)測量應(yīng)用延長電池壽命的訣竅

對于便攜應(yīng)用而言，電池壽命至關(guān)重要。正如煙霧探測器、安全設(shè)備和自動調(diào)溫器等應(yīng)用，工廠原裝的電池需要能夠維持長達(dá)10年以上的工作時間。因此，延長電池壽命已成為便攜式應(yīng)用設(shè)計中的關(guān)鍵組成部分。

為了最大程度地延長電池壽命，設(shè)計師需要將系統(tǒng)的平均電流消耗降至最低。要實現(xiàn)這個目的，采用多種低功耗工作模式及選用合適的元器件就非常重要。就低功耗工作模式而言，其中就包括關(guān)斷模式和實時時鐘待機(jī)操作模式。而主要的元器件包括：微控制器(MCU)、電源和信號鏈路元件。由于各種MCU在成本、外設(shè)設(shè)計、CPU架構(gòu)及片上資源集成度等方面的差異日益增多，要為具體應(yīng)用選擇一款最佳的MCU變得更具挑戰(zhàn)性。

對于便攜式工業(yè)測量應(yīng)用而言，要挑選出最適合的MCU，就須優(yōu)先考慮個中的關(guān)鍵應(yīng)用需求，如擁有更長的電池壽命、高性能的模擬外設(shè)和豐富的用戶接口。右文談到了一些實現(xiàn)最長電池壽命的訣竅，供設(shè)計人員參考。

應(yīng)該

1.盡量將待機(jī)模式的電流消耗降至最低。在許多便攜式應(yīng)用中，在超過99%的時間內(nèi)，CPU都處于空閑狀態(tài)。這種情況下，電流消耗會逐漸向空閑模式過渡，在這種模式下，既可以進(jìn)入完全關(guān)斷模式或等待外部中斷直至被喚醒的模式，又可利用定時器進(jìn)行實時時鐘操作。

2.選用喚醒時間最短的MCU。MCU在工作模式下電流消耗最大。在MCU喚醒過程中，也就是從空閑模式進(jìn)入工作狀態(tài)時，CPU消耗的卻是數(shù)值要高出很多的工作模式電流。因此，設(shè)計人員應(yīng)該考慮選用喚醒和代碼執(zhí)行速度越快越好的MCU。一般而言，我們將從產(chǎn)生中斷到時鐘恢復(fù)快速穩(wěn)定運行之間的這段時間定義為喚醒時間。在圖中，德州儀器MSP430F20x1的中斷喚醒時間少于200納秒。

3.采用低功耗欠壓復(fù)位(BOR)保護(hù)。任何便攜應(yīng)用都需要BOR或低壓檢測功能，以此確保在電源電壓降至低于規(guī)定值時，系統(tǒng)能自動復(fù)位。許多MCU都具備欠壓保護(hù)功能，但也額外增加了20至70微安的電流消耗。由于此項保護(hù)功能必須一直處于工作狀態(tài)，設(shè)計人員應(yīng)考慮采用低功耗的BOR功能。例如，TI的MSP430 16位MCU就具有“零”功耗欠壓復(fù)位保護(hù)功能。

4.盡可能高地提高集成度。某些MCU整合的功能，使你無須在板上采用高分辨率A/D、運算放大器和12位D/A。這些集成的功能可進(jìn)行寄存器通信，從而取代了電流消耗更大的串行通信。在電路板上添加任何元器件，都會導(dǎo)致漏電流增大。

圖：便攜式應(yīng)用應(yīng)當(dāng)采用喚醒時間短的MCU，從而節(jié)省電流消耗

不應(yīng)該

1.僅僅依靠一項規(guī)范的首頁資料，就選定一款MCU。設(shè)計人員必須仔細(xì)閱讀完整數(shù)據(jù)手冊，留意最壞條件下的工作溫度、極限參數(shù)和工作電壓。

2.想當(dāng)然地認(rèn)為不同供應(yīng)商的MCU的工作模式都差不多。實際上，MCU的電流消耗值會因不同供應(yīng)商而異。例如，某家MCU供應(yīng)商也許就不會提供在某種給定工作條件下所常見的全部功能。

3.采用多種電源。某些設(shè)計需要采用多種電源或復(fù)雜電源。由于電源在大多數(shù)情況下都要持續(xù)工作，使用低壓差穩(wěn)壓器或升壓轉(zhuǎn)換器可能導(dǎo)致代價高昂，因為它不僅增加了成本，還導(dǎo)致平均電流消耗更大?？梢钥紤]采用3V電源供電。

4.采用輪詢監(jiān)控。某些MCU建議采用無限循環(huán)，這樣就可循環(huán)監(jiān)控你要監(jiān)控的所有外設(shè)。這是一種低效方法，它加大了CPU負(fù)荷，并增加了電流消耗。請考慮采用具有優(yōu)異中斷功能支持的MCU。例如，有些低功耗MCU擁有支持多達(dá)兩個8位端口的中斷向量，而其它一些MCU則只支持極少數(shù)的I/O。

5.不當(dāng)使用CPU。一條常規(guī)建議是仔細(xì)閱讀用戶手冊，確保充分利用MCU提供的特性。必須意識到，每執(zhí)行一行無用代碼，就會浪費一些電池電量。一款低功耗MCU應(yīng)該具有這樣的硬件特性：當(dāng)外設(shè)執(zhí)行無須任何處理工作的特定任務(wù)時，應(yīng)使CPU保持在關(guān)斷狀態(tài)。以自動掃描為例，A/D轉(zhuǎn)換器能自動掃描不同通道，并將數(shù)值存儲在臨時緩沖器、閃存或RAM中，而無須涉及CPU。

作者：Juan Alvarez

MSP430微控制器經(jīng)理

德州儀器