Silicon Labs超低功耗单电池供电系列MCU介绍

作者：罗国才应用工程师，世强电讯时间：2010-09-21来源：电子产品世界收藏

　　现在的电子产品，对低功耗的要求越来越高，是工程师必须面对的问题。以MCU为核心的系统，在低功耗产品的设计过程中，一般从硬件和软件方面来入手，因此选择低功耗MCU成为关键。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/112899.htm

　　目前的MCU低功耗产品普遍存在和面临的主要问题

　　1、工作电压一般在1.8V，很难达到1.5V以下，因为要兼顾到处理器的IO输出能力，其电压不能太低，但实际情况是要求工作电压越低越好。

　　2、产品设计过程中旺旺需要芯片有更高集成度，能够高速运行且有低功耗的工作模式，在这种工作模式下，每MHz的工作电流要足够低;从低功耗模式到工作模式的切换，要求时间要短和电流很小。

　　3、唤醒要快，而这又和待机低功耗发生矛盾。

　　4、具备实时时钟RTC时，待机电流难以降低。

　　针对这些问题，Silicon Labs专门推出了业内领先概念的低功耗MCU系列，它具备如下特点：

　　1，内置Boost升压电路，可以在0.9V输入电压下正常工作。

　　2，同时内置了LDO，为MCU低功耗和稳定工作提供了硬件保障。

　　3，超低的待机功耗，RTC不工作时待机电流低至10nA;RTC工作时，待机电流低至300nA。

　　4，工作时达到160uA/MIPS的业内最低功耗。

　　5，为低功耗而优化的AD转换器设计，可以在输入为0.9V时正常工作，具备Burst突发采样模式，降低MCU的负担。

　　6，丰富的唤醒模式，大大提高了系统设计的灵活性并使MCU可以经常处于待机模式下。

　　Silicon Labs独特的低功耗设计----电源管理单元PMU

　　该设计可以实现数字电路工作在1.8V，通过内部DC-DC功能，使电池提供的电压比较低，也能提供3.3V的IO驱动输出，能驱动LED、无线通讯器件等。见图1

　　在MCU的电源管理中，供给IO模块及模拟单元的电源，可以选择DC-DC模块转换后的电压，或者直接选择外部电源VDD。通过LDO转换的稳定电源1.8V，可以供MCU部分工作，为内部RTC、PMU和RAM供电;对于内部RTC、PMU和RAM，也可以灵活选择电池直接进行供电。

　　丰富的待机和唤醒模式

　　C8051F9xx系列数字和模拟部分在休眠状态下，唤醒时间均为2µS;在RTC不工作情况下，低功耗模式下电流低至10nA，在RTC工作的情况下也只有300nA的工作电流。在多种电源工作模式下的描述、唤醒方式、省电情况如下表：

工作模式	工作描述	唤醒方式	省电情况
Normal	芯片工作	无	160µA/MHz
Idle	外设可正常工作，很容易唤醒	任何中断	代码不执行，比较省电，与外设有关
Stop	C8051传统低功耗，唤醒需要MCU复位	MCU复位	代码不执行，晶振不工作，10nA
Suspend	与Stop类式，可很快唤醒，代码可以恢复执行	RTC时钟，外部管脚匹配，比较器0，复位脚/RST	代码不执行，内部晶振不工作，系统时钟门禁，10nA/300nA
Sleep	超低功耗，可很快唤醒，代码可以恢复执行，比较器0工作在双电池情况下	RTC时钟，外部管脚匹配，比较器0，复位脚/RST	代码不执行，内部晶振不工作，系统时钟门禁，RTC可正常工作，10nA/300nA

　　表1

　　独特的AD采样工作模式

　　ADC在10位采样的情况下，具有300Ksps采样速率，而且突发的采样工作模式，能减少MCU的操作指令和工作时间。在突发采样工作模式下，采样开始后，ADC上电工作并且进行输入信号跟踪，通过电压转换，经过一个系统时钟后便进入断电的低功耗模式，等待下一次采样开始。整个采样过程中， MCU程序不需要进行上电和断电的操作，有效降低功耗。下图为：

　　低功耗实现

　　以一个低功耗设计为例，其基本模式为：每0.5秒唤醒一次, 进行ADC采样，完成数字处理，再休眠的循环工作模式。系统长时间工作，电池电压会逐渐降低，以至电池不能正常供电;应用Silicon Labs系统的电池电压下降比较慢，电池寿命可以达到1100天左右，而其他品牌的低功耗MCU应用则不能。见图3

　　该系统以C8051F912为例，如下图。