節(jié)能微控制器設(shè)計(jì)使電池壽命長(zhǎng)達(dá)20年

　　在設(shè)計(jì)電池供電產(chǎn)品時(shí)，人們顯然希望電池壽命盡可能長(zhǎng)些。作為一個(gè)快速發(fā)展的設(shè)備種類，從單電池發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用不僅僅停留在規(guī)格上，而是以整個(gè)產(chǎn)品的概念為中心。能源敏感的產(chǎn)品應(yīng)用大致分為能源計(jì)量系統(tǒng)、家庭與樓宇自動(dòng)化、安全和醫(yī)療系統(tǒng)。這些產(chǎn)品通常會(huì)圍繞一個(gè)微控制器(MCU)，必須用單一的原電池運(yùn)作很長(zhǎng)時(shí)間。在某些應(yīng)用中，要想更換電池是很難的甚至不可能的，在其它應(yīng)用中，最終用戶不愿意支付更換電池的成本。

　　在這樣的應(yīng)用中采用的是占空比非常低的很活躍的微處理器，在“深度睡眠”狀態(tài)下時(shí)間可能占了99%甚至更高，達(dá)到99.9%也不罕見(jiàn)。微處理器在一個(gè)周期循環(huán)或在回應(yīng)某些刺激時(shí)被“喚醒”，執(zhí)行操作，并返回到睡眠狀態(tài)中。由于較長(zhǎng)時(shí)間處于睡眠狀態(tài)，很明顯，獲得最長(zhǎng)電池壽命的關(guān)鍵參數(shù)是在掉電狀態(tài)下的電流消耗。不過(guò)，同一節(jié)電池的使用壽命為三四年或超過(guò)十年、二十年，甚至更長(zhǎng)時(shí)間的區(qū)別在于要密切注意這個(gè)任務(wù)如何使用MCU資源的每個(gè)方面，以及MCU本身是如何以各種方式減少能源消耗的。

　　一節(jié)單電池用20年

　　CR2032紐扣電池廣泛用于小型MCU如遠(yuǎn)程環(huán)境傳感器中，這是一種鋰/二氧化錳3V原電池。典型的供應(yīng)商，如柯達(dá)，評(píng)定230mAh到2V的終點(diǎn)電壓能力為5.6k(約為0.5mA)。如果是那樣的話，電池壽命將為400小時(shí)，相比之下，能源敏感的應(yīng)用能使使用壽命達(dá)到20萬(wàn)小時(shí)。這種特殊的電池具有很好的貨架壽命或自放電率，數(shù)據(jù)表顯示10年之后其容量達(dá)90%。非常相似的是，這相當(dāng)于連續(xù)充電約0.25A，如果能夠達(dá)到10~20年的電池壽命，應(yīng)用的一般要求就會(huì)滿足。

　　伴隨電池壽命的是數(shù)量有限的電荷，設(shè)計(jì)者必須在MCU運(yùn)行的所有階段減少產(chǎn)品的電流和時(shí)間，不僅要減少每微安的數(shù)量，也要減少每個(gè)動(dòng)作的每個(gè)微秒。

　　為了減少深度睡眠模式下消耗的電流，在能源敏感應(yīng)用的MCU中采用8位(或16位)內(nèi)核已很普遍。其理由是，8位內(nèi)核很小，門(mén)控相對(duì)較少，靜電或泄露電流低。但是，許多現(xiàn)在的應(yīng)用都需要比8位內(nèi)核更大的處理功率。在其它MCU應(yīng)用領(lǐng)域，用戶往往選擇從8位升級(jí)到32位環(huán)境。在低功耗的情況下，人們一直假定32位內(nèi)核在其掉電模式狀態(tài)時(shí)使用的電流一定是高得令人無(wú)法接受的。隨著全套低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)的出現(xiàn)，今天的IC設(shè)計(jì)師們已經(jīng)可能讓一個(gè)32位ARM內(nèi)核提供不同的低功耗模式了，與其8位的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手一樣好，甚至更好，而且還能實(shí)現(xiàn)快速喚醒。32位處理器更高的處理性能也使MCU可以更快完成任務(wù)，從而能夠在這些低功耗模式中花更多時(shí)間來(lái)進(jìn)一步降低平均功耗。