消除現(xiàn)實(shí)世界中超低功耗嵌入式設(shè)計(jì)的隱患(06-100)

　　目前，工程師的任務(wù)之一是開(kāi)發(fā)基于低成本微控制器(MCU)的超低功耗嵌入式應(yīng)用，此類(lèi)應(yīng)用通常要求用一顆電池維持?jǐn)?shù)年的工作。在從家用自動(dòng)調(diào)溫器到個(gè)人醫(yī)療設(shè)備等此類(lèi)超低功耗應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員必須仔細(xì)考慮每一微安電流。本文主要探究功耗去向以及如何消除往往在項(xiàng)目的最后時(shí)刻才會(huì)顯露的隱患。

　　在典型的基于超低功耗MCU的應(yīng)用中，有效占空比極低。在下，絕大多數(shù)時(shí)間處于待機(jī)模式下，只保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。此類(lèi)例子包括數(shù)秒鐘才測(cè)一次溫度的電子自動(dòng)調(diào)溫器以及一天只啟動(dòng)幾次且每次運(yùn)行不超過(guò) 1 分鐘的便攜式血糖監(jiān)測(cè)儀。但是一旦有需求，系統(tǒng)必須即時(shí)進(jìn)行處理。

　　應(yīng)當(dāng)牢記的是，基于 MCU 的超低功耗應(yīng)用必須提供如下性能：

　　·盡可能低的待機(jī)功耗；

　　·必要的卓越性能；

　　·在工作模式間能夠快速切換。

　　理想的電池

　　便攜式儀器使用的電池對(duì)系統(tǒng)的工作壽命有很大的影響。最常見(jiàn)的方法是使用一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的 1.5V‘AAA’堿性電池。另一種既能使成本最小化又無(wú)需更換電池的解決方案是永久安裝的單體鈕扣鋰電池。永久電池概念是一個(gè)重要的市場(chǎng)賣(mài)點(diǎn)，這種電池能夠避免客戶(hù)服務(wù)及因更換電池時(shí)安裝不當(dāng)所引起的相關(guān)責(zé)任。

　　假設(shè)有一個(gè)最小供電電壓為 2.7V 的電池供電儀器，它的待機(jī)模式?jīng)Q定了平均電流，其值通常在 2mA 以?xún)?nèi)。在使用一對(duì)‘AAA’電池供電時(shí)，則需要一個(gè) 20mA  以?xún)?nèi)的穩(wěn)壓器對(duì)此類(lèi)電池的線性放電進(jìn)行補(bǔ)充。因而，系統(tǒng)的總電流消耗為 22mA 即 MCU 與穩(wěn)壓器之和。串聯(lián)的 2 節(jié)堿性電池放電至 2.7V 電壓時(shí)，只有 40% 的電池容量能被利用，產(chǎn)生大約 400mAh 的電量。在除以 22mA 的平均電流消耗之后，就可以計(jì)算出采用這種堿性電池供電，系統(tǒng)可以運(yùn)行 2 年。