五点要素保证MCU低功耗

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低功耗是MCU的一项非常重要的指标,比如某些可穿戴的设备,其携带的电量有限,如果整个电路消耗的电量特别大的话,就会经常出现电量不足的情况,影响用户体验。

平时我们在做产品的时候,基本的功能实现很简单,但只要涉及低功耗的问题就比较棘手了,比如某些可以低到微安级的MCU,而自己设计的低功耗怎么测都是毫安级的,电流竟然能够高出标准几百到上千倍,遇到这种情况千万不要怕,只要认真你就赢了。下边咱们仔细分析一下这其中的原因。

第一条:掐断外设命脉——关闭外设时钟

先说最直观的,也是工程师都比较注意的方面,就是关闭MCU的外设时钟,对于现在市面上出现的大多数的MCU,其外设模块都对应着一个时钟开关。只需要打开这个外设的时钟,就可以正常的使用这个外设了,当然,此外设也就会产生相应的功耗;反之,如果想要让这个外设不产生功耗,只需关闭它的时钟即可。

第二条:让工作节奏慢下来——时钟不要倍频

除了外设模块功率消耗之外,还有一个功耗大户需要注意一下,这就是PLL和FLL模块。PLL和FLL主要是用来对原始的时钟信号进行倍频操作,从而提高系统的整体时钟,相应的,其功耗也会被提上去。所以在进入低功耗之前,需要切换时钟模式,旁路掉PLL和FLL模块,从而尽可能的降低MCU的功耗,等到MCU唤醒之后再把时钟切换回去。

1.1

第三条:围堵涓涓细流——注意I/O口的电平状态

如果认为只要关闭外设时钟就能够保证外设不再耗电,那么你就太天真了。如果IO口没有做好处理的话,它就会在暗地里偷走功耗,而你却浑然不知。具体原因是这样的,一般的IO的内部或者外部都会有上下拉电阻,举个例子,如下图所示,假如某个IO口有个10KΩ的上拉电阻,把引脚拉到3.3V,然而当MCU进入低功耗模式的时候,此IO口被设置成输出低电平,根据欧姆定律,此引脚就会消耗3.3V/10K=0.33mA的电流,假如有四、五个这样的IO口,那么几个mA就贴进去了,太可惜了。所以在进入低功耗之前,请逐个检查IO口的状态:

如果此IO口带上拉,请设置为高电平输出或者高阻态输入;

如果此IO口带下拉,请设置为低电平输出或者高阻态输入;
1.2
总之一句话,不要把上好的电流浪费在产生热量的功能上,咱可不靠这点温度去暖手。

第四条:睦邻友好合作——注意I/O与外设IC的统筹

IO口的上下拉电阻消耗电流这一因素相对比较明显,下边咱来说一个不明显的因素:IO口与外部IC相连时的电流消耗。假如某个IO口自带上拉,而此与IO相连的IC引脚偏偏是自带下拉的,那么无论这个引脚处于什么样的电平输出,都不可避免的产生一定的电流消耗。所以凡是遇见这一类的情况,首先需要阅读外设IC的手册,确定好此引脚的的状态,做到心中有数;然后在控制MCU睡眠之前,设置好MCU的IO口的上下拉模式及输入输出状态,要保证一丝儿电流都不要被它消耗掉。

第五条:断开调试器连接,不要被假象所迷惑

还有一类比较奇特,检测出来的电流消耗很大,可实际结果是自己杞人忧天,什么原因呢?是因为在测试功耗的时候MCU还连接着调试器呢!这时候大部分电流就会被调试器给掳走,平白无故的让工程师产生极度郁闷的心情。所以在测低功耗的时候,一定不要连接调试器,更不能边调试边测电流。

总结

MCU的低功耗设计是一个细致活,要养成良好的习惯,做到每添加一个功能都要重新验证一下低功耗是否符合要求,这样就可以随时随地干掉消耗功率的因素。如果把所有功能都设计好了才去考虑低功耗的问题,一个不小心,就可能要更改程序的架构——即便如此也不一定能把功耗给彻底降下去。

 

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