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节能微控制器设计使电池寿命长达20年

作者:Rasmus时间:2012-02-14来源:电子产品世界

  在设计供电产品时,人们显然希望寿命尽可能长些。作为一个快速发展的设备种类,从单发展起来的应用不仅仅停留在规格上,而是以整个产品的概念为中心。能源敏感的产品应用大致分为能源计量系统、家庭与楼宇自动化、安全和医疗系统。这些产品通常会围绕一个微控制器(),必须用单一的原电池运作很长时间。在某些应用中,要想更换电池是很难的甚至不可能的,在其它应用中,最终用户不愿意支付更换电池的成本。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/128955.htm

  在这样的应用中采用的是占空比非常低的很活跃的微处理器,在“深度睡眠”状态下时间可能占了99%甚至更高,达到99.9%也不罕见。微处理器在一个周期循环或在回应某些刺激时被“唤醒”,执行操作,并返回到睡眠状态中。由于较长时间处于睡眠状态,很明显,获得最长电池寿命的关键参数是在掉电状态下的电流消耗。不过,同一节电池的使用寿命为三四年或超过十年、二十年,甚至更长时间的区别在于要密切注意这个任务如何使用资源的每个方面,以及本身是如何以各种方式减少能源消耗的。

  一节单电池用20年

  CR2032纽扣电池广泛用于小型MCU如远程环境传感器中,这是一种锂/二氧化锰3V原电池。典型的供应商,如柯达,评定230mAh到2V的终点电压能力为5.6k(约为0.5mA)。如果是那样的话,电池寿命将为400小时,相比之下,能源敏感的应用能使使用寿命达到20万小时。这种特殊的电池具有很好的货架寿命或自放电率,数据表显示10年之后其容量达90%。非常相似的是,这相当于连续充电约0.25A,如果能够达到10~20年的电池寿命,应用的一般要求就会满足。

  伴随电池寿命的是数量有限的电荷,设计者必须在MCU运行的所有阶段减少产品的电流和时间,不仅要减少每微安的数量,也要减少每个动作的每个微秒。

  为了减少深度睡眠模式下消耗的电流,在能源敏感应用的MCU中采用8位(或16位)内核已很普遍。其理由是,8位内核很小,门控相对较少,静电或泄露电流低。但是,许多现在的应用都需要比8位内核更大的处理功率。在其它MCU应用领域,用户往往选择从8位升级到32位环境。在低功耗的情况下,人们一直假定32位内核在其掉电模式状态时使用的电流一定是高得令人无法接受的。随着全套低功耗设计技术的出现,今天的IC设计师们已经可能让一个32位ARM内核提供不同的低功耗模式了,与其8位的竞争对手一样好,甚至更好,而且还能实现快速唤醒。32位处理器更高的处理性能也使MCU可以更快完成任务,从而能够在这些低功耗模式中花更多时间来进一步降低平均功耗。



关键词: 电池 MCU

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