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消除现实世界中超低功耗嵌入式设计的隐患(06-100)

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作者:德州仪器 Mark E. Buccini时间:2008-04-01来源:电子产品世界收藏

  与之相反,锂电池具有平坦的放电特性,使得其电池容量几乎可以得到完全利用,而无需进行漏电流调节。例如,一颗普通的 220mAh钮扣锂电池 CR2032,其放电量可以达到 90%,输出电压几乎恒定为 2.8V。总的系统电流消耗为 2mA(即只有 的电流消耗)。采用这种解决方案,一颗电池就可以使系统运行 10 年以上。由于具有超长的工作寿命,此类仪器往往可以设计成一次性设备,10 年后,该仪器完成了它的使命,同时也变得陈旧或过时。

本文引用地址:http://www.amcfsurvey.com/article/81060.htm

  时钟控制是关键

  超低功耗应用中经常采用双振荡器方案。一个总是保持开放状态的 32kHz 的钟表晶振用于低频辅助时钟 (ACLK),通常只为定时器与实时中断功能提供时钟源。一个能够‘快速启动’的高频主时钟 (MCLK) 振荡器只有在 CPU 与系统需要时才启动,且其唤醒时间一般小于 10 微秒。

  不过,了解哪些时钟需要快速启动,哪些时钟不需要快速启动是很重要的。

  常见的陷阱是二级系统时钟唤醒,其最初仅向 CPU 与系统提供 ACLK,而 MCLK 则保持稳定(1 毫秒即可启动)。有时为系统提供快速启动的 MCLK(但不稳定),但其不稳定性会给可用性造成不利影响。例如,如果要求采用 19200 波特 UART 协议下载数据(这种操作可以随时进行),这就要求每隔 52ms 准确接受一个比特。但 ACLK 的频率不足以为UART提供足够的波特率调制。如果将二级启动的高速MCLK用于UART,结果将会造成无法预测的波特率并会丢失字符。在此情况下,MCLK稳定下来之前 必须使系统处于等待状态。

  进入与退出低功率模式并快速处理数据的能力至关重要,否则CPU就会在等待时钟稳定过程中浪费功率。高速系统时钟可能能够快速启动并立即稳定下来。

  外设功耗

  在设计基于的超低功耗应用时还必须考虑到外设的功耗。大部分 MCU 都具有启动单个外设与时钟源的能力,以节省功耗。仅在需要时启动某个外设与时钟是降低功耗的基础。

  但是我们需要细心检查两个与外设控制相关的领域,即欠压保护和端口引脚漏电流。

  大部分 MCU 都集成了欠压保护功能,其可在电源电压降低到安全工作范围之外时重启系统,以避免无法预料的事件发生。MCU通常还能启用或禁用欠压保护功能以节省功耗,但是欠压保护必须始终处于开启状态,这是因为欠压是无法预测的。

  端口引脚漏电流有时会被忽视,但这个问题必须考虑。许多老式的MCU的限定输入引脚漏电流为1mA。而这对于一个具有20个输入端口的器件来说会消耗 20mA 的电流!但专为低功耗设计的MCU允许最大不超过50nA的漏电流。

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关键词: TI 嵌入式 MCU

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