如何正确选择低功耗MCU

嵌入式微控制器 (MCU)的功耗在当今电池供电应用中正变得越来越举足轻重。大多 MCU 芯片厂商都提供低功耗产品，但是选择一款最适合您自己应用的产品并非易事，并不像对比数据表前面的数据那么简单。我们必须详细对比 MCU 功能，以便找到功耗最低的产品，这些功能包括：

　　断电模式

　　定时系统

　　事件驱动功能

　　片上外设

　　掉电检测与保护

　　漏电流

　　处理效率

　　在低功耗设计中，平均电流消耗往往决定电池寿命。例如，如果某个应用采用额定电流为 400mAh 的 Eveready 高电量 9V 1222 型电池的话，要提供一年的电池寿命其平均电流消耗必须低于 400mAh/8760h，即45.7uA。图 1 说明：应用消耗的电流越大，所提供的寿命越短，同时仍然保持较低的平均电流消耗。

图 1

　　在使 MCU 能够达到电流预算的所有功能中，断电模式最重要。低功耗 MCU 具有可提供不同级别功能的断电模式。例如，TI 超低功耗 MCU MSP430 系列产品可以提供 5 种断电模式。低功耗模式 0 (LPM0) 会关闭 CPU，但是保持其他功能正常运转。LPM1 与 LPM2 模式在禁用功能列表中增加了各种时钟功能。LPM3 是最常用的低功耗模式，只保持低频率时钟振荡器以及采用该时钟的外设运行。LPM3 通常称为实时时钟模式，因为它允许定时器采用低功耗 32768Hz 时钟源运行，电流消耗低于 1uA，同时还可定期激活系统。最后，LPM4 完全关闭器件上的包括 RAM 存储在内的所有功能，电流消耗仅 100 毫微安。

　　时钟系统是MCU功耗的关键。应用可以每秒多次或几百次进入与退出各种低功耗模式。进入或退出低功耗模式以及快速处理数据的功能极为重要，因为 CPU会在等待时钟稳定下来期间浪费电流。大多低功耗 MCU 都具有"即时启动"时钟，其可以在不到 10～20us 时间内为 CPU 准备就绪。但是，重要的是要明白哪些时钟是即时启动、哪些非即时启动的。某些 MCU 具有双级时钟激活功能，该功能在高频时钟稳定化过程中提供一个低频时钟（通常为32768Hz），其可以达到 1 毫秒。CPU 在大约 15us 时间内正常运行，但是运行频率较低，效率也较低。如果 CPU 只需要执行数量较少的指令的话，如：25 条，其需要 763us。CPU 低频比高频时消耗更少的电流，但是并不足于弥补处理时间的差异。相比而言，某些 MCU 在 6 微秒时间内就可以为 CPU 提供高速时钟，处理相同的 25 条指令仅需要大约 9us（6us 激活＋25 条指令′0.125us指令速率），而且可以实现即时启动的高速串行通信。图 2说明即时启动的 8Mhz时钟启动的例子，其达到完全稳定状态仅需要 292us。

图 2