超高效率能耗模式 - Silicon Labs EFM32 Gecko 32位微控制器简介

      能源模式——超高效率能耗模式

　　借助高性能 ARM® Cortex®-M 处理器、高代码密度和自主外围设备，EFM32™ 32 位微控制器 （MCU） 执行应用代码的速度高于 8、16、甚至 32 位解决方案。因此，EFM32 可在多数时间里运行于其所拥有的一些超高效节能模式。几个超低功耗的能耗模式可以调整能耗预算，并显著降低功耗。

　　Silicon Labs 的 EFM32 MCU 旨在在低能耗模式下实现高度的自主运行。MCU 智能结合了外围设备、低漏电 RAM、数据保持、DMA 和互联能力、低功耗振荡器以及极短的唤醒时间，因此长时间在低能耗模式下的运行效果很具有吸引力，从而降低了能耗。

　　一、能耗模式 0 — 活动/运行模式

　　旨在实现超低功耗运行的高性能 CPU 和外围设备

　　在能耗模式 0 （EM0），ARM Cortex-M CPU 从闪存和 RAM 中取回指令并执行，并能够启用所有的低能耗外围设备。EFM32 具有很高的处理能力，因此可以快速从 EM0 进入一个低能耗模式，并有效地停止 CPU 和闪存。唤醒后，所有低能耗模式将在 2 µs 内返回到 EM0。因此在需要时，可以轻松进入低能耗模式以及返回到 32 位的高性能模式。

　　EM0 模式功耗：180 µA/MHz

　　二、能耗模式 1 — 睡眠模式

　　处于低能耗模式，同时执行高级任务

　　在能耗模式 1 （EM1），CPU 时钟被禁用，有效地降低了运行时的能源需求，同时保留了所有的低能耗外围设备（包括闪存和 RAM）的功能。系统采用了周边反射系统 （PRS） 和 DMA，可以在没有 CPU 干预的情况下收集并输出外围数据。该自主行为使系统能够长时间运行于 EM1，从而延长了电池寿命。此外，低漏电 RAM 确保了完全的数据保持。

　　EM1 模式功耗：45 µA/MHz

　　三、能耗模式 2 — 深度睡眠模式

　　高级的低功耗和自主运行，无需 CPU 干预

　　在能耗模式 2 （EM2），EFM32 微控制器进行高度的自主运行，并降低能耗。在 EM2 模式，高频振荡器被关闭，但低能耗外围设备还可以使用 32 kHz 的振荡器和实时时钟。由于 EM2 下 ARM Cortex-M CPU 不运行，因此 MCU 在睡眠模式下执行高级操作。由于模块和内存的智能互连，外围设备能够自主运行，EM0 的唤醒时间仅为 2 μs，低漏电 RAM 确保了 EM2 下的完全的数据保持。

　　EM2 模式功耗：0.9 µA

　　四、能耗模式 3 — 停止模式

　　运行、完全的 RAM 保持和 2 µs 很短的中断唤醒时间

　　能耗模式 3 （EM3） 定制了 EFM32 的能耗，以保持极短的唤醒时间和对外部中断的响应时间。在 EM3，低频振荡器被禁用，但是低漏电 RAM 确保了完全的数据保持，低功耗模拟比较器或异步外部中断可以唤醒设备。

　　EM3 模式功耗：0.6 µA

　　五、能耗模式 4 — 关闭模式

　　适用于无需 RTC 或 RAM 保持的应用

　　在能耗模式 4 （EM4） — 具有最深的能耗模式 — EFM32 MCU 被完全关闭，唤醒的唯一方法是重置。这一能耗模式能够使无需 RTC 或 RAM 保持的应用进一步节省能源。可以在选择低能耗外围设备时使用能耗模式 4，包括：

　　上电复位

　　外部中断

　　EM4 模式功耗：20 nA

　　Silicon Labs 32 位微控制器的 10 大技术特点

　　Silicon Labs EFM32™ 32 位微控制器系列是世界上最为节能的微控制器，特别适用于低功耗和能源敏感型应用，包括能源、水表和燃气表、楼宇自动化、警报及安防和便携式医疗/健身器材。鉴于探入和成本原因而无法经常更换电池，因而在无外部电源或操作员介入的情况下此类应用的运行时间应尽可能久。Silicon Labs 节能型 EFM32 32 位微控制器优于现有的低功耗 MCU 替代品 — 在此，我们着重强调实现这一性能的 10 个因素。

　　一、极低的活动模式功耗

　　节能型 EFM32 微控制器设计显著地降低了活动模式功耗。在 32 MHz 和 3 V 条件下，MCU 运行实际代码时电流消耗为 150 μA/MHz。

　　

　　二、减少处理时间

　　Silicon Labs 围绕 32 位 ARM® Cortex®-M 处理器核心构建了 EFM32 微控制器系列产品。Cortex-M 架构的开发用于响应和功耗敏感型应用，比 8 位和 16 位 CPU 处理更高效。因此，执行任务只需更少的时钟周期，极大地缩短工作期。

　　

　　三、快速唤醒时间

　　EFM32 MCU 最大程度减小深度睡眠模式与活动模式之间低效的唤醒期。由于工作和睡眠模式不停转换，不能简单地忽略这段时间。EFM32 微控制器以将深度睡眠的唤醒时间降低至 2 μs，确保 CPU 开始处理其任务前，耗能尽可能低。

　　

　　四、超低的待机电流

　　EFM32 结合超低功耗技术和高效的功耗管理，在执行基本操作的同时，降低待机模式下的能耗。深度睡眠模式包括 RAM 和 CPU 保持、加电复位、掉电检测安全功能和实时计数器，电流消耗仅为 900 nA。关闭模式仅消耗 20 nA。

　　

　　五、外设自主操作

　　除了最低的工作和睡眠模式能耗，EFM32 外围设备在不使用 CPU 时，也可在低能耗模式下运行。使用自主外围设备，应用可以减少功耗，同时仍可执行非常高级的任务。

　　

　　六、PRS – 周边反射系统

　　无需使用 CPU，微控制器中的周边反射系统 EFM32 即可直接将一个外围设备与另一个外围设备连接。在 CPU 处于睡眠状态时，外围设备可通过此系统产生信号，其他外围设备可接受此信号并立即对此做出反应。

　　

　　七、设计良好的能耗模式

　　EFM32 微控制器具有 5 个节能模式，为系统设计者提供设计灵活性以优化应用，从而获得最高的性能和最长的电池寿命。

　　

　　八、节能外围设备

　　EFM32 微控制器与外围设备封装在一起，旨在降低能耗，与其他低功耗 8、16 和 32 位解决方案相比，电池寿命提高了 4 倍。外围设备包括：

• 　　LCD 控制器，驱动 4x40 段，电流消耗仅为 0.55 µA
• 　　低能耗 UART，通信频率为 32 kHz，电流消耗仅为 100 nA
• 　　12 位 ADC，速率为 100 万样本/秒，电流消耗仅为 350 µA
• 　　模拟比较器，电流消耗低至 150 nA
• 　　硬件加速器，128/256 位 AES 加密和解密，只需 54/75 个周期

　　

　　九、LESENSE – 低功耗传感器接口

　　LESENSE 提供一个可配置和节能的方法，可控制最多 16 个外部模拟传感器，无需 Cortex CPU 参与。该通用低能耗传感器工作于 900 nA 的深度睡眠模式，能够对几乎任何类型的模拟传感器控制方式（包括电容式、电感式和电阻式）进行自主监控。例如，可以将 LESENSE 设置为智能监控传感器值，仅当传感器值超过可编程阈值时才通过 PRS 采取行动唤醒 CPU — 无需重复、耗能的 CPU 唤醒操作。

　　

　　十、Simplicity Studio 和高级能耗监控模块

　　Simplicity Studio 是一款补充工具套件，能够立即“一键式”访问最新的数据表、应用说明、软件工具、第三方 IDE、示例代码、演示和其他 EFM32 资源。Simplicity Studio 控制台根据用户偏好进行自动配置，并访问唯一的 energyAware Profiler 和高级能耗监控模块 （AEM） 的数据，来创建节能型软件和实时能耗调试模块，该软件和模块能够与所有的 Silicon Labs EFM32 入门套件和开发套件协同工作。

　　

——本文选自电子发烧友网2月《可穿戴技术特刊》“EE Design”栏目，转载请注明出处，违者必究！