超低功耗無(wú)線MCU:玩轉(zhuǎn)睡眠模式

支持藍(lán)牙低功耗 (LE) 的設(shè)計(jì)可讓設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于非工作狀態(tài)，因此，您可能需要選用具有超低功耗睡眠模式的高能效無(wú)線微控制器 (MCU)，這對(duì)于優(yōu)化整體系統(tǒng)性能至關(guān)重要。

設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)仔細(xì)選擇采用藍(lán)牙低功耗技術(shù)的 MCU 的規(guī)格，確定超低功耗的真正含義。這不是對(duì)照數(shù)據(jù)表確定最低電流消耗值，針對(duì)應(yīng)用尋求最佳解決方案并非易事。睡眠模式（又稱低功耗模式或休眠模式）不僅意味著低電流，還需考慮以下幾個(gè)因素：

●   電流消耗

●   喚醒源

●   保留內(nèi)存

●   喚醒時(shí)間

●   能夠讀取外部傳感器

電流消耗

睡眠模式下電流消耗少當(dāng)然很好；并且越少越好，但設(shè)計(jì)人員還必須考慮睡眠模式期間的可用功能。為實(shí)現(xiàn)睡眠模式下最低功耗，除了硬件需要單個(gè)喚醒源，所有可以關(guān)閉的硬件模塊均應(yīng)關(guān)閉。通常，通用輸入/輸出 (GPIO) 喚醒源可提供最低睡眠電流，但將 GPIO 作為唯一的喚醒源是否適合您的應(yīng)用？如果適合，才能獲得最低睡眠電流。

喚醒源

如果 GPIO 喚醒源不足以滿足應(yīng)用需求，則應(yīng)深入研究睡眠模式的功能，尋找其他可用的喚醒源。您的應(yīng)用可能需要同時(shí)具有多個(gè)喚醒源，例如定時(shí)器、模擬比較器或其他子系統(tǒng)事件。然而，在睡眠模式下啟用的功能會(huì)增加電流消耗，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)審慎思考，通觀全局，而非僅關(guān)注數(shù)據(jù)表中的最低睡眠電流值。

保留內(nèi)存

保留內(nèi)存在睡眠模式下也會(huì)消耗大量電流。保留內(nèi)存并非始終必需，僅在應(yīng)用有任務(wù)調(diào)度程序、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) (RTOS) 或保持無(wú)線連接時(shí)為必要選項(xiàng)。需要保留多少內(nèi)存具體取決于應(yīng)用需求、無(wú)線堆棧和硬件設(shè)計(jì)。我們可以從硬件設(shè)計(jì)入手，如果內(nèi)存電路設(shè)計(jì)為全部保留或不保留，將會(huì)為大量未使用的內(nèi)存供電。如果粒度太低，比如 1 KB，硬件電源開(kāi)關(guān)的數(shù)量就會(huì)很多，導(dǎo)致漏電功耗增加。一般而言，實(shí)踐中常采用 8 KB，這一粒度可滿足需求，且復(fù)雜性低，漏電較少。無(wú)線堆棧應(yīng)盡量減少保持連接時(shí)所需的內(nèi)存，且應(yīng)用設(shè)計(jì)也應(yīng)限制保留內(nèi)存量。

喚醒時(shí)間

喚醒時(shí)間（從睡眠模式中喚醒所需的時(shí)間）與保留內(nèi)存密切相關(guān)。當(dāng)然，應(yīng)用必須盡快啟動(dòng)并響應(yīng)，但喚醒時(shí)間也會(huì)影響功耗。喚醒時(shí)間越短，就可以更快地完成處理工作并再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)。保留內(nèi)存能提高喚醒速度，但也會(huì)增加睡眠電流。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)理性判斷，洞見(jiàn)本質(zhì)，了解應(yīng)用的關(guān)鍵細(xì)節(jié)。

最后，除了睡眠和喚醒，睡眠模式還能擁有其他功能嗎？大多數(shù)無(wú)線 MCU 可以在睡眠模式下使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC)，有些則提供了更令人興奮的選項(xiàng)——讀取外部傳感器！如果您的應(yīng)用需要監(jiān)測(cè)傳感器，并且一直保持睡眠模式，僅在傳感器達(dá)到閾值時(shí)才會(huì)喚醒。目前有些無(wú)線 MCU 能夠滿足這種需求。

安森美(onsemi)的無(wú)線 MCU RSL15 支持超低睡眠電流和調(diào)制解調(diào)器藍(lán)牙應(yīng)用的配置要求，具備 GPIO 喚醒、睡眠智能感應(yīng)模式讀取傳感器等功能，兼具超低功耗和設(shè)計(jì)靈活性，可滿足您的應(yīng)用需求。圖 1 顯示 RSL15 的最低睡眠電流僅為 36 nA。

圖1 RSL15 MCU數(shù)據(jù)表

硬件和固件系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師須全面透徹地了解睡眠模式，才能打造出高效的超低功耗無(wú)線 MCU，仔細(xì)考慮電流消耗、喚醒源、內(nèi)存保留、喚醒時(shí)間和傳感器監(jiān)測(cè)功能，為互聯(lián)設(shè)備、智能家居、智能建筑、智能工業(yè)、智能城市等應(yīng)用定制最佳系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。