全面解析超低功耗mcu的選型技巧與設(shè)計(jì)思路

平時(shí)我們?cè)谧霎a(chǎn)品的時(shí)候，基本的功能實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，但只要涉及低功耗的問(wèn)題就比較棘手了，比如某些可以低到微安級(jí)的mcu，而自己設(shè)計(jì)的低功耗怎么測(cè)都是毫安級(jí)的，電流竟然能夠高出標(biāo)準(zhǔn)幾百到上千倍，遇到這種情況千萬(wàn)不要怕，只要認(rèn)真你就贏了。下邊咱們仔細(xì)分析一下這其中的原因。

第一條：掐斷外設(shè)命脈——關(guān)閉外設(shè)時(shí)鐘

先說(shuō)最直觀(guān)的，也是工程師都比較注意的方面，就是關(guān)閉mcu的外設(shè)時(shí)鐘，對(duì)于現(xiàn)在市面上出現(xiàn)的大多數(shù)的mcu，其外設(shè)模塊都對(duì)應(yīng)著一個(gè)時(shí)鐘開(kāi)關(guān)。只需要打開(kāi)這個(gè)外設(shè)的時(shí)鐘，就可以正常的使用這個(gè)外設(shè)了，當(dāng)然，此外設(shè)也就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的功耗;反之，如果想要讓這個(gè)外設(shè)不產(chǎn)生功耗，只需關(guān)閉它的時(shí)鐘即可。

第二條：讓工作節(jié)奏慢下來(lái)——時(shí)鐘不要倍頻

除了外設(shè)模塊功率消耗之外，還有一個(gè)功耗大戶(hù)需要注意一下，這就是PLL和FLL模塊。PLL和FLL主要是用來(lái)對(duì)原始的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行倍頻操作，從而提高系統(tǒng)的整體時(shí)鐘，相應(yīng)的，其功耗也會(huì)被提上去。所以在進(jìn)入低功耗之前，需要切換是種模式，旁路掉PLL和FLL模塊，從而盡可能的降低mcu的功耗，等到mcu喚醒之后再把時(shí)鐘切換回去。

第三條：圍堵涓涓細(xì)流——注意I/O口的電平狀態(tài)

如果認(rèn)為只要關(guān)閉外設(shè)時(shí)鐘就能夠保證外設(shè)不再耗電，那么你就太天真了。如果IO口沒(méi)有做好處理的話(huà)，它就會(huì)在暗地里偷走功耗，而你卻渾然不知。具體原因是這樣的，一般的IO的內(nèi)部或者外部都會(huì)有上下拉電阻，舉個(gè)例子，如下圖所示，假如某個(gè)IO口有個(gè)10KΩ的上拉電阻，把引腳拉到3.3V，然而當(dāng)mcu進(jìn)入低功耗模式的時(shí)候，此IO口被設(shè)置成輸出低電平，根據(jù)歐姆定律，此引腳就會(huì)消耗3.3V/10K=0.33mA的電流，假如有四、五個(gè)這樣的IO口，那么幾個(gè)mA就貼進(jìn)去了，太可惜了。所以在進(jìn)入低功耗之前，請(qǐng)逐個(gè)檢查IO口的狀態(tài)：

如果此IO口帶上拉，請(qǐng)?jiān)O(shè)置為高電平輸出或者高阻態(tài)輸入;

如果此IO口帶下拉，請(qǐng)?jiān)O(shè)置為低電平輸出或者高阻態(tài)輸入;

總之一句話(huà)，不要把上好的電流浪費(fèi)在產(chǎn)生熱量的功能上，咱可不靠這點(diǎn)溫度去暖手。

第四條：睦鄰友好合作——注意I/O與外設(shè)IC的統(tǒng)籌

IO口的上下拉電阻消耗電流這一因素相對(duì)比較明顯，下邊咱來(lái)說(shuō)一個(gè)不明顯的因素：IO口與外部IC相連時(shí)的電流消耗。假如某個(gè)IO口自帶上拉，而此與IO相連的IC引腳偏偏是自帶下拉的，那么無(wú)論這個(gè)引腳處于什么樣的電平輸出，都不可避免的產(chǎn)生一定的電流消耗。所以凡是遇見(jiàn)這一類(lèi)的情況，首先需要閱讀外設(shè)IC的手冊(cè)，確定好此引腳的的狀態(tài)，做到心中有數(shù);然后在控制mcu睡眠之前，設(shè)置好mcu的IO口的上下拉模式及輸入輸出狀態(tài)，要保證一絲兒電流都不要被它消耗掉。

第五條：斷開(kāi)調(diào)試器連接，不要被假象所迷惑

還有一類(lèi)比較奇特，檢測(cè)出來(lái)的電流消耗很大，可實(shí)際結(jié)果是自己杞人憂(yōu)天，什么原因呢?是因?yàn)樵跍y(cè)試功耗的時(shí)候mcu還連接著調(diào)試器呢!這時(shí)候大部分電流就會(huì)被調(diào)試器給擄走，平白無(wú)故的讓工程師產(chǎn)生極度郁悶的心情。所以在測(cè)低功耗的時(shí)候，一定不要連接調(diào)試器，更不能邊調(diào)試邊測(cè)電流。

總結(jié)

mcu的低功耗設(shè)計(jì)是一個(gè)細(xì)致活，要養(yǎng)成良好的習(xí)慣，做到每添加一個(gè)功能都要重新驗(yàn)證一下低功耗是否符合要求，這樣就可以隨時(shí)隨地干掉消耗功率的因素。如果把所有功能都設(shè)計(jì)好了才去考慮低功耗的問(wèn)題，一個(gè)不小心，就可能要更改程序的架構(gòu)——即便如此也不一定能把功耗給徹底降下去。