低功耗MCU發(fā)威 智能手表電池壽命大增

延長電池使用壽命是智慧型手表的首要開發(fā)考量。為達(dá)成此一目標(biāo)，設(shè)計人員須選用在工作/動態(tài)模式下功耗較低，且能同時維持高性能運(yùn)作的微控制器(MCU)，并導(dǎo)入快速喚醒功能，以便讓MCU盡可能處于休眠或閑置模式，進(jìn)一步降低系統(tǒng)總體功耗。
所謂的智慧型手表該如何定義呢?基本上，智慧型手表是設(shè)計成手表外型、可戴式的運(yùn)算裝置，當(dāng)和智慧型手機(jī)無線連結(jié)時，可提供更多的智慧型功能。一般常見的功能包括了日歷通知、電子郵件或簡訊提示。若是同時還內(nèi)建感應(yīng)器，如加速度計或溫度感測器等，智慧型手表就能夠幫助記錄與監(jiān)控使用者的運(yùn)動進(jìn)度、表現(xiàn)和心跳率等。有些手表還能控制音樂、讀取簡訊，甚至能透過使用者手機(jī)的藍(lán)牙低功耗(LowEnergy,LE)連結(jié)，直接透過手表接聽電話。
那么，對智慧型手表的開發(fā)人員而言，什么是關(guān)鍵的設(shè)計考量?在產(chǎn)品設(shè)計過程中，很容易會不自覺地想加進(jìn)更多、更強(qiáng)大的功能。不過性能強(qiáng)大的手表應(yīng)用程式，通常得搭配相對強(qiáng)大的處理器，而強(qiáng)大的處理器卻往往很耗電，導(dǎo)致具有加分效果的性能提升，就這樣被功耗抵銷掉。畢竟，就算其功能再強(qiáng)大，誰會愿意買一個每隔幾個小時就要充電一次的智慧型手表?
為了要延長電池的使用時間，最好的辦法就是在考慮系統(tǒng)的心臟，也就是中央微控制器(MCU)時，選擇在工作/動態(tài)模式下功耗較低的元件。
在系統(tǒng)設(shè)計上，必須讓智慧型手表的中央微控制器，能夠在大部分時間維持在睡眠模式，而當(dāng)系統(tǒng)必須被喚醒來執(zhí)行任務(wù)時，能夠不影響系統(tǒng)表現(xiàn)，并在最短的時間內(nèi)被喚醒。
工作/動態(tài)模式下維持低功耗
當(dāng)然，設(shè)計人員希望能在不犧牲性能的前提下具有最低功耗的工作模式，然而如果只是一味降低在工作/動態(tài)模式下的功耗，也會因此降低了微控制器的運(yùn)算速度，導(dǎo)致微控制器將花費(fèi)更多時間處于工作模式，才能把任務(wù)執(zhí)行完成并進(jìn)入功耗更低的睡眠模式，最終反而會增加系統(tǒng)的平均功耗。另外大家都知道，系統(tǒng)的操作電壓越低，越能延長電池的壽命。有些微控制器宣稱工作電壓可低至1.8伏特(V)，但實(shí)際上，當(dāng)其工作電壓在1.8V時，不僅運(yùn)算速度降低，同時某些周邊功能可能無法正常運(yùn)作，這些都不是真的能幫助系統(tǒng)降低功耗的技術(shù)。
目前市場上已有業(yè)者推出能在低功耗的情形下維持高性能運(yùn)作的微控制器。如愛特梅爾(Atmel)的SAM4L微控制器系列，就能夠在不用改變產(chǎn)品規(guī)格的情況下，保持低至1.68V的工作電壓，并且維持最高性能，且其外圍周邊操作不受影響。根據(jù)費(fèi)氏(Fibonacci)基準(zhǔn)，該系列是市面上擁有最低工作/動態(tài)模式功耗(90μA/MHz)的ARMCortex-M4微控制器。若再加以運(yùn)用功率調(diào)節(jié)(PowerScaling)技術(shù)，可以進(jìn)一步平衡最大時脈速度和功耗。
除此之外，如果設(shè)計人員選用的微控制器能夠提供不同的電壓調(diào)節(jié)器選擇，可進(jìn)一步降低在工作/動態(tài)模式下的系統(tǒng)功耗。例如降壓或開關(guān)穩(wěn)壓器能夠在操作電壓為2～3.6V時提供更高的功率，或是線性穩(wěn)壓器在1.68～3.6V的范圍內(nèi)運(yùn)作，具有較高的抗噪性，而在小于2.3V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)器則可達(dá)到最高功率。