在可穿戴設備、物聯網終端等應用中,功耗是非常重要和苛刻的一個設計考量,這就需要工程師選用低功耗MCU等電子器件,以提高設備的續航時間。那么,什么是低功耗MCU呢?
簡單來講,就是支持低功耗模式的MCU,這就要求工程師在低功耗、短啟動時間和多種喚醒事件之間進行平衡,為自己的設計方案選擇一個合適的MCU。以下以MM32F003為例進行說明。
1. 低功耗模式
MM32F003支持睡眠、停機和待機模式,可以在要求低功耗、短啟動時間和多種喚醒事件之間達到最佳的平衡。在系統或電源復位以后,MCU就一直處于運行狀態。這時的時鐘源為CPU提供時鐘,內核執行程序代碼。當CPU不需繼續運行時,可以利用多個低功耗模式來降低功耗,例如等待某個外部事件時。
(1)睡眠模式
在睡眠模式,只有CPU停止,所有外設處于工作狀態并可在發生中斷/事件時喚醒CPU。
(2)停機模式
在保持SRAM和寄存器內容不丟失的情況下,停機模式可以達到最低的電能消耗。在停機模式下,停止所有內部1.8V部分的供電,PLL、HSI的振蕩器和HSE晶體振蕩器被關閉,調壓器可以被置于普通模式或低功耗模式。
可以通過任一配置成EXTI的信號把MCU從停機模式中喚醒,EXTI信號可以是16個外部I/O口之一、PVD的輸出的喚醒信號。
(3)待機模式
待機模式可實現系統的最低功耗。該模式是在CPU深睡眠模式時關閉電壓調節器,內部所有的1.5V部分的供電區域被斷開,HSI和HSE振蕩器也都關閉。可以通過WKUP引腳的上升沿、NRST引腳的外部復位、IWDG復位喚醒或者看門狗定時器喚醒不復位。
有兩種方式進入待機模式,可以通過設置獨立的控制位,選擇以下待機模式的功能:
(1)獨立看門狗(IWDG):可通過寫入看門狗的鍵寄存器或硬件選擇來啟動IWDG。一旦啟動了獨立看門狗,除了系統復位,它不能再被停止。
(2)內部振蕩器(LSI振蕩器):通過控制/狀態寄存器(RCC_CSR)的LSION位來設置。
在進入待機模式后,除了被用于喚醒I/O,其余I/O都進入高阻態,而從待機模式喚醒后,相當于復位MM32芯片,程序重新從頭開始執行,SRAM和寄存器的內容將被丟失。
2. 電流消耗實測
電流消耗是多種參數和因素的綜合指標,這些參數和因素包括工作電壓、環境溫度、I/O引腳的負載、產品的軟件配置、工作頻率、I/O腳的翻轉速率、程序在存儲器中的位置以及執行的代碼等。
(1)停機和待機模式最大電流消耗
表中是MM32F003處于下列條件時的數值:
(1)所有的I/O引腳都處于輸入模式,并連接到一個靜態電平上—VDD,或VSS(無負載)。
(2)所有的外設都處于關閉狀態,除非特別說明。
(3)閃存存儲器的訪問時間調整到fHCLK的頻率(0 ~ 24MHz時為 0 個等待周期, 24~48MHz時為1個等待周期)。
(4)指令預取功能開啟。當開啟外設時:fPCLK1 = fHCLK。
(2)運行模式下的最大電流消耗
表中是MM32F003處于下列條件時的數值:
(1)所有的I/O引腳都處于輸入模式,并連接到一個靜態電平上—VDD或VSS(無負載)。
(2)所有的外設都處于關閉狀態,除非特別說明。
(3)閃存存儲器的訪問時間調整到fHCLK的頻率(0~24MHz時為0個等待周期, 24~48MHz時為1個等待周期)。
(4)指令預取功能開啟。當開啟外設時:fPCLK1 = fHCLK。
使用HSI振蕩器,MM32F003從睡眠模式喚醒時間不超過4.2μs,從停機模式喚醒時間<12μs,從待機模式喚醒時間<230μs。
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