了解電源和性能之間的平衡進(jìn)行有效的MCU設(shè)計

微控制器被用作幾乎每個應(yīng)用可以想象在主控制元件。他們的權(quán)力和靈活性，讓他們?nèi)サ浇M件的大多數(shù)設(shè)計的心臟。關(guān)鍵要建立高效的設(shè)計中使用的MCU往往依賴于使功耗和性能之間的智能權(quán)衡。許多MCU提供了幾個選項，可以限制MCU時鐘速率，因此，其性能的MCU供電。了解工作電壓和工作時鐘速率之間的公共關(guān)系可以是如何充分利用你的下一個MCU設(shè)計的關(guān)鍵。本文將快速回顧一下一些常見的選項供電MCU和討論履行很可能導(dǎo)致所產(chǎn)生的制約。修改工作電壓在運行時獲得的性能和能效的最佳組合常用的技術(shù)進(jìn)行探討，以幫助您選擇和實施你的下一個基于MCU的設(shè)計。

頻率與工作電壓 - 一個關(guān)鍵的性能考慮

一個性能和功耗之間的最根本的關(guān)系是MCU工作時的電壓。工作電源直接關(guān)系到工作電壓(由定義，因為功率等于電壓乘以電流)，如此清晰的動作電力需求上，你會用你的設(shè)計的MCU決定何時是一個關(guān)鍵的考慮因素。你可能會認(rèn)為，這意味著你應(yīng)該總是使用最低的功耗MCU，但是如果性能是設(shè)計中的所有問題，您將需要考慮工作頻率為關(guān)鍵要素，以及，一個MCU的工作頻率經(jīng)常被限制其工作電壓。許多的MCU廠家明白的工作電壓，工作頻率，MCU性能，和MCU操作功率之間的關(guān)系的重要性，并且它們提供不同級別的操作功率和工作頻率，以便更容易對設(shè)計的最佳擬合優(yōu)化到系統(tǒng)要求。作為一個例子，瑞薩RL78 MCU有四種不同的工作電壓范圍，每一個都支持不同的操作頻率，如下面的圖1。在1.6 V和1.8 V時，RL78可在1 MHz和4 MHz之間的任何地方運行。間2.7 V和5.5 V時，可以在最多20兆赫運行。因此，RL78可以操作快五倍，如果它使用2.7 V代替1.8伏，在工作電源電壓只增加了50%。

圖1：電壓與頻率圖瑞薩RL78 MCU。 (瑞薩提供)改善電源效率的上述關(guān)系時，在更高的電壓下工作是常見于許多MCU，并了解在電源效率是設(shè)計中的關(guān)鍵要求是最重要的關(guān)系之一。在許多情況下，它更省電，以保持在盡可能低的功耗狀態(tài)的MCU，也許是一個低的睡眠模式，當(dāng)它需要做一些處理(也許采樣傳感器是否采取進(jìn)一步的行動，看其喚醒需要采取)。當(dāng)需要處理它通常更省電以更快的頻率下運行，以盡量減少在較高功率狀態(tài)的時間。如果處理可以做到5倍的速度，并只需一個操作功率增加50%，(如在RL78的情況下)，可以清楚地看到，所要求的總能量會少得多，因此這將是一個更節(jié)能的設(shè)計。

時鐘控制

的MCU操作的頻率是由一個時鐘控制塊管理;和許多時鐘控制塊具有的功能，可用于選擇，控制和管理的時鐘源的CPU，內(nèi)存，外圍設(shè)備，和模擬模塊。通過控制時鐘頻率，以這些塊，甚至關(guān)閉的時鐘功能沒有被在特定處理例程使用的動態(tài)電流的量(所需的電流來改變一個信號或存儲元件的電壓電平)可以被調(diào)制，以便您使用的電流以最有效的方式。 (注意，基于電池的應(yīng)用，特別，是最新的意識的設(shè)計，因為它是從電池通常是最關(guān)鍵的約束所提供的總電流)。許多最常見的和有用的時鐘控制功能包含在Microchip的PIC32MX單片機的時鐘控制塊，對于大多數(shù)時鐘控制模塊示于圖2的出發(fā)點是時鐘源，并且通過具有多個源它使得有可能獨立地優(yōu)化的時鐘為多個模塊。例如，PIC32MX具有低功耗內(nèi)部RC振蕩器(LPRC圖2的底部附近)，可以當(dāng)極低速操作是可接受的被使用。它可以提供看門狗定時器(WDT)，這樣即使在非常低功耗模式這一關(guān)鍵計時器仍然可以使用。主振蕩器(POSC)使用一個外部晶體，以產(chǎn)生由該裝置的性能最高的部分的精確高速時鐘源的使用，并將該系統(tǒng)和USB鎖相環(huán)(在圖的頂部)。需要注意的是獨立的PLL也意味著USB操作可以獨立于系統(tǒng)時鐘，提供優(yōu)化的時鐘和潛在的節(jié)省功耗的級別?？焖賀C振蕩器(FRC)規(guī)定如果不需要外部振蕩器8 MHz的時鐘源，當(dāng)不需要的最高頻率和精度節(jié)省電路板空間，元件數(shù)量，或許省電。最后，輔助振蕩器可用于低功耗工作由外部32 kHz晶振。

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