不知不覺，我們已經處于物聯網的汪洋大海之中，大家公認的說法是，到2020年全球物聯網設備接入總數將達到300-500億。面對這海量的設備，維護變成一個繁重的任務，這就要求互聯網設備可靠“皮實”的同時，功耗足夠低，一塊電池（或者使用能量收集技術）能撐足夠久。因此“低功耗”三個字在物聯網用戶端設備的設計中，一直被擺在很高優先級的位置上。這也讓開發者在元器件的選型上小心謹慎，銘記下面這些不得不守的“軍規”。

圖1，物聯網用戶端設備系統框圖

第一條：用一顆低功耗的MCU

從物聯網設備的系統框圖上來看，MCU處于核心的地位；而從功耗的角度來看，它也是耗電最大的“電老虎”。8-bit MCU功耗固然低，但畢竟性能有限，所以在物聯網設備中32-bit MCU上位成了主角。目前在32-bit通用MCU領域，ARM Cortex-M系列架構的CPU內核占主流，從M0、M0+、M3、M4到M7，序號越大性能越高，功耗也越大。所以根據物聯設備的應用場景，選擇一顆功耗性能比“剛剛好”的CPU內核是首要準則。

不過決定MCU整體功耗的因素很多，除了CPU內核自身的功耗，至少還要考慮三個因素：是否有多樣的電源管理模式設定，可以讓CPU內核和無需工作的電路處于休眠狀態；是否有靈活的時鐘管理系統，按需對各個功能電路進行調度；是否有更智能而低功耗的外圍電路，能夠幫助CPU內核分擔工作。其實這些因素核心的思路就是：無事休眠、按需激活、避免空耗。

要想全面了解MCU低功耗性能、做出正確判斷，除了吃透器件的Datasheet、經驗設計積累外，目前也有第三方的評測可供參考，比如EEMBC聯盟為衡量嵌入式微控制器低功耗特性專門設計的ULPBench評分。雖然有人認為這一評分的結果值得商榷，但仍然不失為一把衡量MCU整體低功耗特性可參考的標尺。

表1，ULPBench中業界主流MCU產品得分

第二條：考慮集成化的傳感器

在傳感器的選型上，開發者通常有兩種選擇：分立的傳感器或集成化的傳感器。單獨來看，前者在成本和功耗上都更有優勢，不過從系統整體功耗上看，集成傳感器件不失為一種不錯的選擇。因為在集成傳感器件中，通常會將信號調理電路（如ADC）整合進去，將預處理后的信號通過SPI或I2C等數據接口直接傳給MCU，減少MCU數據處理的負荷。有些傳感器件還會集成信號處理電路，如一個低功耗的CPU核，構成功能更完整的傳感器中樞，簡單的計算自己做，進一步減少對主MCU的“打擾”。這些策略都會對系統總體能耗的降低有幫助。

第三條：選擇合適的無線互連協議

影響物聯網產品功耗的另一個重要因素就是無線互連功能。目前市場上有太多的無線互連協議可供選擇，從私有的Sub-GHz協議，到眾所周知的Wi-Fi、BLE、ZigBee等開放標準，以及近年來快速發展的低功耗廣域網LPWAN協議（如LoRa、Sigfox、NB-IoT等）。無線通信的功耗會與網絡的規模、拓撲結構、可靠性、數據吞吐量等因素相關。通常來說，拓撲結構越復雜、數據吞吐量越大的網絡，功耗也會更大，比如：星形WiFi網絡要比點對點通信的Sub-GHz無線通信功耗要高很多；同樣采用ZigBee協議，星形網絡肯定比Mesh網絡能耗更低。

因此物聯網設備無線互連協議的選擇與應用場景關聯度極高，開發者需要從現實的需求以及未來的擴展性方面通盤考慮，確定適合的無線技術，在此基礎之上再選擇低功耗性能最優的元器件。

第四條：選用耗電少的電源管理器件

電源管理器件是物聯網系統中必不可少的部分。不論是選用LDO線性穩壓器還是DC-DC轉化器，抑或是能夠提供多軌電壓輸出的PMIC，高效率是當然的首選特性。此外，與物聯網產品配套的電源管理器件，特別在與能量收集技術相關的應用中，自身還需要具備低靜態電流的特性——如TI等公司相關產品標稱的靜態電流值可達到300nA左右——盡可能降低設備的待機功耗。

第五條：做好安全性功耗預算

2016年10月網絡黑客劫持了攝像頭等大量物聯網終端設備，向北美網絡發起了大規模DDoS攻擊，這再次提醒人們物聯網設備端的安全問題不容忽視。而對物聯網設備來說，增強安全功能也意味著更大的功耗，比如如果MCU的內部或外部沒有配置加密硬件，加解密工作就不得不耗費MCU的計算資源，產生更多的功耗。使用更可靠的非對稱加密算法，與對稱加密算法相比也需要更多的功耗。因此安全性關聯的功耗預算，也是必須考量的部分。

將以上幾個因素串聯起來，我們才可以為物聯網設備端的功耗描繪出一幅完整的圖景。在此基礎之上，錙銖必較，精心雕琢出禁得住市場和用戶考研的低功耗產品。

表2，主要無線互連協議比較