能源敏感设备能耗的控制秘诀

　　“能源敏感型应用”需使用一节单电池运行多年。其应用包括能源的计量和安全的建立，例如用于无需外部电源和操作员干预就能运作的情形下，或用于因无法获取电池和成本的原因不可能更换电池的情况下。

　　3V锂/二氧化锰CR2032钮扣电池通常用于此类情形。当实际运行降到2V及一个5.6kΩ负载时，这些电池就会提供标准的230mH容量，等同于0.5毫安的充电电流，这意味着电池有约400小时的寿命。虽然纽扣电池指定的自放电率只有0.25μA，却显示出超过20年的保存限期。

　　所以能源敏感设备设计师的目标是，尽可能保持接近0.25μA的平均需求，使有源设备的寿命能达到几十年!

　　设计通常会围绕一个低功耗微控制器和可能的超长电池寿命进行，因为MCU会在睡眠模式中花去大部分时间。它自己的小占空因素是不够的，MCU操作的每个方面都需要优化, 需要使用最低数量的功率。要使电池寿命最长只能通过对充电器方面的考虑来实现 - 电流产品和时间 - 这是最重要的。

　　到目前为止，8位(或16位)MCU已应用于能源敏感，因为它们的内核小，门较少, 产生的静电或泄漏电流少，但今天的许多应用需要比8位或16位内核更强大的处理能力。

　　当人们将'低功率'这条信息铭记于心时，他们一直假定32位内核使用的电流在其节电模式下一定是太高了。随着全套低功率设计技术在今天的IC设计师中的盛行，人们才知道32位ARM内核提供等同于或优于8位内核的许多低功率‘睡眠’模式其实是可能实现的。

　　当然，32位处理器具有的更高的处理性能可使MCU完成任务的时间更快，这样它花在低功率模式中的时间更多，最终会把平均功耗降低更多。

　　Energy Micro生产的基于ARM ® Cortex™- M3的EFM32 Gecko微控制器是专门为能源敏感的应用而设计的，它消耗的能源只是8位、16位或32位解决方案所需能源的四分之一。

　　

　　图1：节能EFM32 Gecko微控制器的开发工具包有先进的能源监控系统。

　　这里还有更多的介绍，区分这些新设备的创新功能包括：能源模式的选择、先进的能源监控、低功率外围设备和一个“外围设备反射系统”。

　　要优化最低耗用功率的MCU睡眠状态功耗需要整体的设计方法。和内核一样，MCU里的其它小块在设备待机时会继续吸引电流。在几乎所有情况下，交替换位都适用; 睡眠状态越深，就越多外围设备的功能被完全切断，让芯片准备好实施处理任务的唤醒时间越长。

　　

　　图2：基于EFM32 Gecko 微控制器的Energy Micro ARM ®Cortex™- M3芯片架构。

　　由于应用的差别很大，MCU设计师提供一种灵活的断电状态下的扩展套件形式就显得很重要了，这样产品设计人员就可以很好地进行待机功率和响应能力的交替换位。

　　EFM32为设计师提供了5种不同的和分级的能源模式，帮助减少能源消耗：EM0'运行'(180μA/MHz)，EM1'睡眠'(45μA/MHz)，EM2'深度睡眠'(0.9μA)，EM3'停止'(0.6μA的)和EM4'关闭'(20nA)。在反应方面，唤醒时间从EM1，EM2到EM3模式仅需2μs。

　　为了帮助设计师最好地使用这些能源模式，EFM32的开发工具包还配备了一个先进的能源监控系统，这个设施会不断测量功率轨上的电流。这种测量方法被集成以准确地描绘用了一段时间的功率，使实际生活中的使用例子被优化用于低功率运行。

　　在限制功率中, 集成当然是一个很重要的因素。Gecko MCU形成了有最少外部元件的系统基础，由于全套低功耗线路板外围设备包括：一个8通道，在全分辨率下采用200 µA 的12位ADC和1 Msamples/sec的转换率和只用900nA的4x40部分LCD控制器。

　　尽管有高效的32位处理器内核的存在，有许多应用功能并不要求它具有全套处理能力，如果在待机时，即使是最节能的内核也会使用较少的电源! 因此EFM32有一个互连结构称为外围设备反射系统，它使外围设备与外围设备之间对话而没有来自ARM内核的任何干扰。节能的微控制器能将功率需求减少到尽可能少，能源敏感的应用会尊重他们的冠名权。