浅谈Microchip MCU系列实现降低功耗的措施

对大多数应用来说，人机界面、低功耗和无线连接集成是单片机（MCU）的三大前沿技术。而新型技术的推出都是以一定的应用为背景的。

在超低功耗领域也是如此。 Microchip公司宣布推出具有多种全新低功耗休眠模式且工作电流业界最低的PIC24FJ128GA310（PIC24F“GA3”）16位闪存MCU系列，扩展其超低功耗（XLP）单片机（MCU）产品线。PIC24F“GA3”器件具有150 μA/MHz工作电流，堪称业界最低的工作电流之一，而且提供新的支持RAM保存的低电压休眠模式和用于实时时钟的VBAT的电池供电，再添加了6路DMA通道，提高数据的传输。

图1 PIC24FJ128GA310结构框图

降低功耗的措施

每个厂商对于降低功耗都有不同的处理方式。虽然每个MCU都有休眠状态或都有可能实现很低的工作耗电量，但是有的芯片在处于很低功耗的时候，基本功能也所剩无几了，没有时钟、没有RAM，所有功能都关掉了。而Microchip的处理方式就是把每个功能降到最低的同时还给客户一个选择。例如如果你需要RAM，那么此芯片提供低电压状态，让RAM保留参考数据。如果不需要，那么可以进入真正的休眠状态。

说到降低耗电量，主要是看器件的工作电流和待机电流。“PIC24F“GA3”系列将工作电流降低至仅有150 μA/MHz，这是业界16位闪存单片机中，电流消耗最低的。”Microchip先进单片机架构部产品营销经理崔勇介绍说，而且Microchip XLP产品系列在深睡眠状态下的待机电流最低可以降到40nA甚至20nA。这是因为PIC24F“GA3”采用了一些创新，例如引进了一个新模式——低电压休眠状态，让设备在深睡眠状态下，同时保持RAM，保留一些参考数据。一般来说，如果设备进入深睡眠状态，包括RAM等很多功能就会丢失。Microchip开发的这项RAM保存功能是介于睡眠和深睡眠之间的一个新的低功耗状态。

同时，新产品还加入了一个新功能VBAT 电池备份， 是专门用于实时时钟供电的引脚。采用VBAT给实时时钟供电，耗电量可以低到400nA。

此外，新产品系列还新增了6路DMA （存储器直接访问） 通道，可以帮助把数据从外设上直接转到RAM，从而降低CPU负载，间接帮助实现低功耗。

低电压休眠模式和VBAT的应用

PIC24F “GA3”的目标应用覆盖了消费类产品、工业、医疗和仪表等低功耗领域。其中一个比较重要的是仪表，例如智能电表。该应用要求功耗低，并且在停电的时候需要有备用电池的支持。

具体的应用实例有，欧洲IEC规定，功率计（电表）内的芯片计量功能不能超过10VA。因此如果在计量时耗电量过高，会浪费很多电，达不到IEC需求。Microchip的PIC24F“GA3”系列的方案中，计量结果可以直接放到RAM里，就无需浪费CPU的功能去做数据传输，这样CPU主芯片的负载就可以减轻，或运行更复杂的代码，诸如加入通信功能，让电表性能更高。

再有，我国的国家电网的自动抄表方式，需要每隔一段时间把表唤醒一次，将数据发送出去。这时，如果自动抄表经常要唤醒抄数据，就可以把数据保存在RAM里，唤醒时可以直接在RAM里面读取数据，比把数据放到Flash里面的功耗更低。

恒温器在深度休眠时，很多功能都被关掉，只能显示LCD的结果，但是不能刷新屏幕。如果用低电压休眠模式，就可以保证刷新LCD的数据。此外，和同类16位MCU相比，功耗会降低30%。延长了电池寿命后，便有额外的供电能力去实现RF或无线。VBAT单独的电池供电引脚可以节省电池更换时间，可以单独用纽扣电池给实时时钟供电，用额外的碱性电池给屏幕供电，因此可以保证换碱性电池时，时钟不会更改。

此外，Microchip还提供了一个小工具——电池寿命估算器。用户只需要将各种电压和环境温度参数放进去，以及输入所需的各种功能要求，这款工具可以估算出电池的使用寿命。

工艺及对低功耗的影响

从工艺的角度来讲，Microchip有 0.25，0.35 和0.18微米，也提供130nm或90nm的产品，各种工艺都有。但用户不一定要追求先进的工艺，有些市场如果用0.35或0.25微米能满足需求，就没有必要一味追求90nm或130nm。通常来说，工艺越高，漏电也越厉害。所以这是一个平衡的问题;如何去权衡高级工艺和漏电。比如我们可以选择一些低功耗的功率，或者在高功耗功率上加一些新供电方式去控制。

竞争对手和Microchip 的特色

在嵌入式控制器世界中，Microchip PIC是一个独特的架构，好处是Microchip不仅可以控制自己的产品，还可以控制内核。可以根据市场需求调整。从用户的角度上看，他们是要跟潮流还是要选择一个能满足自己需求的产品。如果你的产品跟别人都一样，那怎么样体现产品的独特性和竞争力？因此，产品要有自己独特的地方，不光要拼价格，还要拼性能。

那么，未来8位、16位和32位单片机的发展动向如何？严格以数据总线宽度（8位、16位或32位）来划分单片机市场显得过于简单。单片机市场不会迅速改变，而是会随着低端领域和高端领域的新增应用逐步发展。总之，在不久的将来，不会出现由一个细分市场占据主导地位的局面，现状并不会发生根本改变。虽然32位单片机的市场占有率正在迅猛发展，但是，8位/16位MCU在市场中的地位仍不可撼动，未来，它们仍将占据巨大的市场份额。Microchip的崔勇称，其在8位单片机市场占有巨大份额，而且还将继续在该领域投入大量资源，同时，Microchip的16位和32位单片机市场也在迅速发展，多款新产品已经面世，更多产品即将推出。