如何实现有效的MCU设计

　　微控制器被用作几乎每个应用可以想象在主控制元件。他们的权力和灵活性，让他们去到组件的大多数设计的心脏。关键要建立高效的设计中使用的MCU往往依赖于使功耗和性能之间的智能权衡。许多MCU提供了几个选项，可以限制MCU时钟速率，因此，其性能的MCU供电。了解工作电压和工作时钟速率之间的公共关系可以是如何充分利用你的下一个MCU设计的关键。本文将快速回顾一下一些常见的选项供电MCU和讨论履行很可能导致所产生的制约。修改工作电压在运行时获得的性能和能效的最佳组合常用的技术进行探讨，以帮助您选择和实施你的下一个基于MCU的设计。

　　频率与工作电压 - 一个关键的性能考虑

　　一个性能和功耗之间的最根本的关系是MCU工作时的电压。工作电源直接关系到工作电压（由定义，因为功率等于电压乘以电流），如此清晰的动作电力需求上，你会用你的设计的MCU决定何时是一个关键的考虑因素。你可能会认为，这意味着你应该总是使用最低的功耗MCU，但是如果性能是设计中的所有问题，您将需要考虑工作频率为关键要素，以及，一个MCU的工作频率经常被限制其工作电压。许多的MCU厂家明白的工作电压，工作频率，MCU性能，和MCU操作功率之间的关系的重要性，并且它们提供不同级别的操作功率和工作频率，以便更容易对设计的最佳拟合优化到系统要求。作为一个例子，瑞萨RL78 MCU有四种不同的工作电压范围，每一个都支持不同的操作频率，如下面的图1。在1.6 V和1.8 V时，RL78可在1 MHz和4 MHz之间的任何地方运行。间2.7 V和5.5 V时，可以在最多20兆赫运行。因此，RL78可以操作快五倍，如果它使用2.7 V代替1.8伏，在工作电源电压只增加了50％。

　　

　　图1：电压与频率图瑞萨RL78 MCU。

　　改善电源效率的上述关系时，在更高的电压下工作是常见于许多MCU，并了解在电源效率是设计中的关键要求是最重要的关系之一。在许多情况下，它更省电，以保持在尽可能低的功耗状态的MCU，也许是一个低的睡眠模式，当它需要做一些处理（也许采样传感器是否采取进一步的行动，看其唤醒需要采取）。当需要处理它通常更省电以更快的频率下运行，以尽量减少在较高功率状态的时间。如果处理可以做到5倍的速度，并只需一个操作功率增加50％，（如在RL78的情况下），可以清楚地看到，所要求的总能量会少得多，因此这将是一个更节能的设计。

　　时钟控制的MCU操作的频率是由一个时钟控制块管理;和许多时钟控制块具有的功能，可用于选择，控制和管理的时钟源的CPU，内存，外围设备，和模拟模块。通过控制时钟频率，以这些块，甚至关闭的时钟功能没有被在特定处理例程使用的动态电流的量（所需的电流来改变一个信号或存储元件的电压电平）可以被调制，以便您使用的电流以最有效的方式。 （注意，基于电池的应用，特别，是最新的意识的设计，因为它是从电池通常是最关键的约束所提供的总电流）。许多最常见的和有用的时钟控制功能包含在 Microchip的PIC32MX单片机的时钟控制块，对于大多数时钟控制模块示于图2的出发点是时钟源，并且通过具有多个源它使得有可能独立地优化的时钟为多个模块。

　　例如，PIC32MX具有低功耗内部RC振荡器（LPRC图2的底部附近），可以当极低速操作是可接受的被使用。它可以提供看门狗定时器（WDT），这样即使在非常低功耗模式这一关键计时器仍然可以使用。主振荡器（POSC）使用一个外部晶体，以产生由该装置的性能最高的部分的精确高速时钟源的使用，并将该系统和USB锁相环（在图的顶部）。需要注意的是独立的PLL也意味着USB操作可以独立于系统时钟，提供优化的时钟和潜在的节省功耗的级别。快速 RC振荡器（FRC）规定如果不需要外部振荡器8 MHz的时钟源，当不需要的最高频率和精度节省电路板空间，元件数量，或许省电。最后，辅助振荡器可用于低功耗工作由外部32 kHz晶振。

　　

　　图2：在Microchip的PIC32MX1XX家庭时钟控制模块。