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待機(jī)（休眠）電流

實(shí)現(xiàn)最大能效（和電池壽命）轉(zhuǎn)化為確保每個(gè)MCU任務(wù)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)以最小可能電壓消耗最小可能電流，以便器件將大部分時(shí)間用于非常低功耗的睡眠模式。在一些應(yīng)用中，睡眠模式電流是對(duì)整體能量消耗負(fù)有最大責(zé)任的參數(shù)。然而，經(jīng)常被忽視的是MCU可實(shí)現(xiàn)的絕對(duì)最小睡眠電流主要受其漏電流的限制。例如，輸入泄漏電流規(guī)格為100 nA的20輸入設(shè)備在睡眠模式下可能消耗高達(dá)2μA的功率。

泄漏電流受多種因素的影響，但最重要的因素是使用的基礎(chǔ)流程技術(shù)。在某些情況下，供應(yīng)商會(huì)選擇使用0.25或0.35微米工藝技術(shù)來(lái)降低由泄漏引起的睡眠電流，但這種選擇是以更高的有功電流為代價(jià)的。在其他情況下，MCU供應(yīng)商選擇使用0.18微米或更小的工藝技術(shù)來(lái)降低有源模式電流，但這是以更高漏電流為代價(jià)的。圍繞這一難題的獨(dú)特解決方案是應(yīng)用混合信號(hào)專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)實(shí)施先進(jìn)的電源管理單元（PMU），專(zhuān)門(mén)用于限制泄漏并實(shí)現(xiàn)超低睡眠電流，無(wú)論使用何種基礎(chǔ)工藝技術(shù)。使用0.25微米或更小的工藝技術(shù)，最小化睡眠模式電流需要削減數(shù)字核心的功率。在睡眠模式下工作的模塊，如電源管理電路，I/O焊盤(pán)單元和RTC，必須使用未調(diào)節(jié)的電源工作，以避免在LDO中燒毀額外的電流。切斷數(shù)字核心邏輯的電源也可以防止其斷態(tài)泄漏對(duì)睡眠模式電流產(chǎn)生影響;但是，MCU必須在休眠模式下保留RAM內(nèi)容和所有寄存器的狀態(tài)，以便代碼執(zhí)行可以從中斷處繼續(xù)。這種保存可以通過(guò)一些非常低電流，睡眠模式，鎖存偏置方案或通過(guò)使用特殊的保持鎖存器來(lái)執(zhí)行，該保持鎖存器可以將狀態(tài)保持在睡眠模式而沒(méi)有顯著的泄漏。 MCU還需要某種形式的連續(xù)電源電壓監(jiān)控（即“掉電檢測(cè)”），以便在電源電壓低于最小保持電壓的情況下復(fù)位器件，這可能會(huì)破壞狀態(tài)。

從系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的角度來(lái)看因此，重要的是要檢查潛在的漏電流規(guī)范，以確定哪些MCU供應(yīng)商已經(jīng)應(yīng)用其混合信號(hào)專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)解決這一復(fù)雜問(wèn)題。設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該考慮大多數(shù)供應(yīng)商提供許多不同的待機(jī)電流選項(xiàng)的事實(shí)。大多數(shù)供應(yīng)商將突出顯示其絕對(duì)最低睡眠模式電流，這通常對(duì)應(yīng)于實(shí)時(shí)時(shí)鐘消耗的電流和禁用掉電檢測(cè)器。一些供應(yīng)商會(huì)更進(jìn)一步，并引用關(guān)閉模式電流，該電流不會(huì)保留存儲(chǔ)器并需要復(fù)位才能喚醒，這通常不是一個(gè)非常實(shí)用的模式。因此，由于大多數(shù)應(yīng)用程序都需要完整的RAM和寄存器保留，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)以下指標(biāo)進(jìn)行并排比較：

待機(jī)/睡眠模式電流與實(shí)時(shí)時(shí)鐘和掉電禁用（具有RAM保持）

待機(jī)/睡眠模式電流，實(shí)時(shí)時(shí)鐘禁用和掉電啟用

待機(jī)/睡眠模式電流與實(shí)時(shí)時(shí)鐘然后，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)應(yīng)用程序的占空比計(jì)算總體待機(jī)模式功率預(yù)算時(shí)使用正確的值。

喚醒能量

如前所述，在使用睡眠模式的系統(tǒng)中，可能會(huì)浪費(fèi)大量功率來(lái)喚醒MCU并準(zhǔn)備采集或處理數(shù)據(jù)。實(shí)際上，在某些應(yīng)用中，MCU在退出待機(jī)狀態(tài)時(shí)通常會(huì)使用與設(shè)備完全處理數(shù)據(jù)時(shí)一樣多的能量。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)MCU以在極短的時(shí)間內(nèi)喚醒和穩(wěn)定非常重要，以便最大限度地減少在能量浪費(fèi)狀態(tài)下花費(fèi)的時(shí)間。

MCU應(yīng)該能夠退出睡眠模式來(lái)自外部觸發(fā)事件或內(nèi)部計(jì)時(shí)器。最靈活的周期性喚醒源是一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，能夠從外部晶體振蕩器（用于需要精確定時(shí)的應(yīng)用）或低頻內(nèi)部振蕩器運(yùn)行，無(wú)需在低精度應(yīng)用中使用晶體。避免使用慢啟動(dòng)晶體振蕩器作為高速系統(tǒng)時(shí)鐘;一個(gè)準(zhǔn)確的，快速啟動(dòng)的片上振蕩器是更好的選擇。

此外，由于許多產(chǎn)品定期喚醒以使用片上ADC對(duì)輸入進(jìn)行采樣，因此為數(shù)字電路提供足夠的時(shí)間非常重要喚醒和模擬電路穩(wěn)定開(kāi)始進(jìn)行有效測(cè)量。模擬模塊的啟動(dòng)行為會(huì)對(duì)在活動(dòng)模式下花費(fèi)的時(shí)間量產(chǎn)生重大影響;使用外部去耦電容的穩(wěn)壓器或基準(zhǔn)電壓源可能需要幾毫秒才能穩(wěn)定下來(lái)。有時(shí)，MCU供應(yīng)商只會(huì)引用數(shù)字電路的喚醒時(shí)間，而忽略了模擬電路穩(wěn)定所需的時(shí)間。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須分析數(shù)字和模擬電路的整體喚醒和建立時(shí)間，以分析這種浪費(fèi)能源的真實(shí)成本。

其他注意事項(xiàng)

當(dāng)然還有其他注意事項(xiàng)進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗的方法。例如，通常使用2 x AA/AAA電池配置，因?yàn)镸CU通常通�？梢栽诘椭�1.8 V的電壓下運(yùn)行，有時(shí)只能降低功能（無(wú)ADC;降低指令時(shí)鐘速度）。降低功耗（和環(huán)境影響）的創(chuàng)新方法是將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為單個(gè)電池配置，其中電池可以一直運(yùn)行直至其使用壽命（0.9 V）。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，MCU必須集成高度優(yōu)化的DC-DC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可以在電池的最低可用電壓下工作，在堿性化學(xué)情況下為0.9 V.這種方法還可以節(jié)省供應(yīng)商和/或降低功耗的另一種方法是使用高度集成的MCU，包括ADC，DAC和其他外設(shè)，因?yàn)镸CU可以根據(jù)應(yīng)用的需要控制啟用和禁用這些外設(shè)。例如，某些MCU提供具有突發(fā)模式的專(zhuān)用低功耗ADC，可在CPU關(guān)閉時(shí)進(jìn)行模擬測(cè)量，以進(jìn)一步降低功耗。

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