账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
如何依据资料手册选择低功耗微控制器?
Silicon Labs微控制器产品经理Evan Schulz

【作者: Evan Schulz】2013年06月06日 星期四

浏览人次:【13666】
  

依据资料手册列出的电流消耗规格来比较和选择低功耗微控制器(MCU)是一项困难的任务。在大多数情况下,开发人员选择MCU的第一步是查看资料手册的第一页,以作为快速获取元件资讯的参考,包括周边、运行速度、封装资讯、GPIO接脚数量和供电特性等。这种方法对于获取元件的整体效能很有用,但在评估低功耗特性时却不一定奏效。


为了对低功耗操作有全面了解,开发人员还需考量电流消耗、状态维持、唤醒时间、唤醒源,以及低功耗模式下可运行的周边等。开发人员也必须于相同操作模式下比对同类型低功耗MCU,以获得客观的逐项比较结果。另外,易用的评估工具也非常重要,因为能评估整体系统功耗的额外功能和周边,使工程师的工作更加简易。


MCU供应商通常会在资料手册第一页列出最低功耗值。虽然元件也许能够实现资料手册中列出的规格,但实际上的操作模式可能并不实用。有些不佳的低功耗特性并未列出,包括非常慢的唤醒时间、无状态维持或RAM维持功能,或者缩小操作电压范围。为了深入了解各种低功耗特性,开发人员必须定义相同的操作模式,其中包括两部分:电流规格和低功耗功能。


电气特性比较

电气特性罗列在资料手册中,透过仔细研究才能判断哪种特性最为重要。通常电气特性依据供应商定义的电源模式分类,这将使评估更加困难,因为需要熟悉每种电源模式的功能。一般情况下,定义一系列操作条件并对应到一种电源模式更有意义。例如,开发人员可能会定义下面一组操作条件:


1. 状态维持和RAM维持条件下的休眠模式电流消耗


- 所有其他周边禁用


2. RTC运行且状态维持和RAM维持条件下的休眠模式电流消耗


- RTC启用,所有其他周边禁用


3. 唤醒时间


4. 供电电压范围


一旦操作条件有明确的定义,那么就很容易判定属于何种电源模式。


额外的低功耗特性

第二部分是低功耗特性,这在供应商文件中不容易找到,因资料横跨于不同的资料手册和参考手册中。低功耗功能的范例包括:


1. 可用的唤醒源。


2. 如何恢复代码执行。


3. 在休眠模式下可操作的周边。


一旦相同的操作模式明确定义,开发人员即可开始研究文件中的更多细节。


经过收集资料的过程之后,还可以透过MCU相关的特性针对应用进一步降低功耗。这些特性优化可以减少BOM成本、提供更长的产品生命周期或者提供更好的设计灵活性。例如,晶片整合的DC-DC转换器能够有效为系统提供电能而减少功耗,并且允许使用更小的电池、降低整体BOM成本,或者提高功率预算的灵活性。多种唤醒源可以提升设计灵活性,允许MCU尽量停留在最低功耗模式,进一步降低应用的平均电流消耗。


开发人员的另一种优化方式是允许韧体改变内部电源电压范围。当MCU在低频率下运行时,可以减少供电电压,进而节省功耗。可选的时脉闸控使硬体模组与活动电路断开连接,并避免不工作的周边消耗电能。以上特性没有列举在衡量低功耗MCU的供电电流规格中,但这却是实现最低整体系统功耗的关键。


使用工具降低设计复杂度

为实现最低功耗,MCU具有越来越高的配置度,但却也导致设计越来越复杂。为了因应增加的复杂性,开发人员应当关注MCU的评估平台和易于实现的解决方案。例如,用于程式设计MCU的开发板和软体工具应更为直观和方便使用。使用不便的硬体将增加韧体开发难度。由韧体的角度来看,MCU供应商应提供可以实现资料手册上规格的韧体范例。如果列举的电流消耗规格无法在评估板上实现,那么在客制化的硬体上配置MCU来达到这些数值就更加困难。为客户提供可用于代码开发初期的各种代码范例能够帮助工程师更方便的学习元件的使用,并加快产品上市时间。


图形化配置工具能够辅助开发,协助开发人员更深入的了解MCU。在开发低功耗应用时,需了解整体功耗的分布。只有熟悉这些资讯,才能明确了解哪些设计可以进一步优化,也能掌握整体架构。理想情况下,低功耗配置工具能够提示如何进一步降低功耗,也包括配置过程中检测到的任何配置错误。例如,Silicon Labs AppBuilder图形化配置工具中的功耗评估器能够提供配置引导及功耗提示,并提供功耗预算的圆饼图,显示有多少电源消耗,以及哪些周边正在消耗电源;而当配置改变时,图型将自动更新。



图一 : 功耗评估器帮助开发人员获取最低功耗
图一 : 功耗评估器帮助开发人员获取最低功耗

总结

为低功耗应用评估和选择MCU,仅了解资料手册的第一页是远远不够的。为了落实最低整体系统功耗,开发人员需深入了解元件的供电电流规格,以及任何系统层级的优化以减少总体电源电流。


通常每个MCU供应商指定的操作条件不同,在某些情况下,列出的低功耗资料仅出现在理想的模式中。在相同操作模式下进行MCU比对将避免开发人员被供应商宣称的超低功耗资料所误解。


一旦了解和量化元件的电气特性,开发人员还需选用合适的评估平台和软体工具。 MCU的选择过程中需要考虑上述因素,因为这对于工程团队的快速运作至关重要。


作者简介

Evan Schulz是Silicon Labs公司微控制器产品经理,主要负责32位元微控制器系列产品,先前曾任职公司MCU团队应用工程师。 Evan于2008加入Silicon Labs公司,当时任职助理应用工程师一职。 Evan Schulz拥有德州大学奥斯丁分校的电机工程学士学位。


相关文章
五大关键提高汽车电子产品可靠性
光子追捕锁
32位元MCU应用趋势
提升感测器精确度 MCU应用领域更形广泛
无线充电应用起飞
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新品
Lattice MachXO Control Development Kit
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:FPGA
Lattice ECP3 PCI Express
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:FPGA
Lattice ECP3 Video Protocol Board
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:FPGA
  相关新闻
» 提升电源系统功率密度 TI推新款LLC控制器
» ST:全方位MCU产品线才能满足智慧工厂各层面需求
» Silicon Labs扩充高层管理团队推动营收成长
» 诺基亚Future X网路架构有效提供5G效能
» 从游戏绘图到人工智能 GPU成为AI新时代要角
  相关产品
» 智原推出新款最小面积的USB 2.0 OTG PHY IP
» Silicon Labs Si5332可替代时脉、振荡器、缓冲器 提供完整时脉树
» 贸泽上架Silicon Labs Giant Gecko系列1 MCU
» Silicon Labs发表同时支援蓝牙及Sub-GHz IoT装置的新无线软体
» Silicon Labs和Calnex推出经验证且与ITU-T G.8262相容的简化SyncE设计

AD