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规划超低功耗的嵌入式使用(二):五种电源形式详

通常说来,SoC相对于传统MCU而言能支持更多低功耗模式。其原因在于SoC集成度高,有更多片上组件和多种电源配置,以支持不同的工作需求。电源模式

一般说来,SoC相关于传统MCU而言能支撑更多低功耗形式。其原因在于SoC集成度高,有更多片上组件和多种电源装备,以支撑不同的作业需求。电源形式的数量与每种形式下的可用资源依据器材会有所不同。举例来说,在某种低功耗形式下,某个器材能在仅坚持寄存器和RAM内容的状况下给一切其它组件断电,而另一种器材则仅仅给CPU断电,而让其它资源持续运转。不同制造商会对这些形式采纳不同的命名办法。在本文中,咱们将以赛普拉斯的PSoC 4器材为例来具体介绍各种电源形式。

以下电源形式也得到其它制造商的大多数设备的支撑:

●作业形式

●休眠形式

●深度休眠形式

●蛰伏形式

●中止形式

下面咱们来看看这些电源形式的具体状况:

1.作业形式:在此形式下,CPU和一切片上其它资源都正常作业运转。该形式是体系全体功耗的最首要组成部分。在此形式下,假如不运用的话,可将芯片上的各种外设别离断电。

2.休眠:这是控制器另一种常见的电源形式。该形式首要与CPU有关。当CPU进入休眠状况后,其时钟移除。CPU这时对总功耗的仅有影响便是静态功耗,因为这时现已没有时钟开关切换作业,也就不会有动态功耗。ADC和比较器等其它外设在此形式下可用。

3. 深度休眠:此电源形式下即便是体系时钟也被禁用,所以在此形式下一切高频资源都不可用。不过,这些资源的当时状况不受影响,也便是说CPU寄存器、 SRAM等的当时状况不受影响。因为高频时钟被禁用,因而能节省开关耗费的功率。一般状况下,深度休眠形式供给低频时钟运转的选项,低频时钟可用来驱动定时器等低频资源。此外,该形式也答应开发人员运用I2C从设备等通信协议块,其无需器材自身生成时钟。因为进入此形式的首要办法便是禁用体系主时钟,因而这是能够完成的。但是,模块依然可通电。该形式对功耗的影响首要在于片上一切时钟的静态功耗。

4.蛰伏:在此形式下,一切时钟都封闭,包含低速振荡器。片上一切资源,除了用于外部事情触发唤醒的资源以外全都断电。因为本形式下简直一切组件都断电,因而该形式能削减静态和动态功耗组件,然后完成最低功耗。

5.中止:望文生义,中止形式便是一切外设断电,即使是RAM和CPU寄存器的内容也不坚持。在PSoC 4等相似器材中,这种形式下仅坚持IO引脚的状况。从这种形式下唤醒会进入芯片重启动。

当剖析一款使用的功耗时,有必要检查一切电源形式下的功耗状况。

有必要清晰某种形式下能供给唤醒源。举例来说,需求某种中止才能从休眠形式唤醒,在蛰伏形式下则需求I2C地址匹配中止以唤醒器材。需求了解每种形式下有哪些资源作业,能供给什么唤醒资源。举例来说,体系中可用比较器中止作为唤醒源,在超出设定阈值状况下可用模仿输入唤醒体系。就图1所示的使用而言,唤醒需求选用GPIO中止或许乃至硬复位,因为RTC会随时运转,并且控制器不需求坚持此前的状况。

蛰伏和中止形式下,功耗可低至100nA。关于RTC自身而言,您会很简单找到功耗很低的RTC(仅耗费100-200nA)。假定控制器直接驱动LCD,咱们可以为LCD的封闭状况功耗为零。

这就使得图1所示体系中的均匀功耗在300nA的规模内。假如咱们假定规划方案选用CR2032作为电源,电池容量约为225mAh。就300nA的电流来说,电池仅在器材一直处于断电形式下能支撑70到80年的作业。

每次按下按键,控制器都会唤醒。这会将控制器的功耗提升到500μA-1mA的规模。假定功耗为1mA左右,控制器从RTC获取数据并显现在LCD 上。控制器履行这项作业只需很短的时刻,但显现屏要坚持较长作业时刻(假定说显现屏亮起10秒钟保证用户看到数据)。作为直接驱动LCD,控制器有必要坚持较长的作业时刻,也便是要耗费更多电荷。在此状况下,赛普拉斯的PSoC4等器材可供给低功耗形式,能让设备封闭一切其它外设,仅运转驱动LCD所需的模块。在这种器材中,LCD驱动运转在特定的低功耗形式下,这种形式被称为数字相关形式。其成果便是大幅削减电流耗费。

各种状况下的电流耗费

图2:各种状况下的电流耗费

每次按键都会阅历如图2所示的电流曲线。曲线下方区域是单次按键的典型功耗。耗费的电荷核算如下:

Q = (1mA*1ms) + (20μA*10s)

依据上面的数据,咱们可核算出给定电源能支撑多少次按键。

作业形式下所花的时长非常重要,因为这种形式下耗电最大。一个选项是让MCU坚持作业形式,但CPU时钟速度较低,然后下降作业形式下的耗电。不过,这会导致更高的均匀功耗,因为作业形式所花的时刻取决于时钟频率。此刻因为MCU有必要处于作业形式,因而功耗取决于MCU处理数据所花的时刻。更快速的 MCU能很快完成任务,然后延伸处于低功耗形式下的时刻,也就能让体系削减功耗。体系规划人员可依据体系要求清晰最佳装备。

在本系列文章的下一部分,咱们将以更大型体系为例作解说,并介绍怎么下降均匀功耗。此外,咱们还将讨论一些下降均匀功耗的体系级技巧。

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