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满足穿戴式应用MCU厂力拼低功耗设计

发布时间:2020-07-21 17:36:12 阅读: 来源:大棚膜厂家

为了符合大多数穿戴式装置对于低功耗的需求,微控制器(MCU)厂商除戮力将系统待机及操作电流降至最低外,亦致力优化MCU处于睡眠状态的耗电情形,将成为MCU厂能否成功抢进穿戴式市场的重要指标。

本文引用地址:新唐科技微控制器产品中心协理林任烈表示,为了让MCU达到超低功耗的表现,厂商在开发MCU时通常会导入睡眠模式(SleepMode)设计,让MCU在非系统运作高峰期的大部分时间,能够处于低耗电的睡眠状态,进一步降低装置整体运作功耗。

林任烈进一步表示,符合穿戴式装置需求的低功耗MCU其操作电流(OperatingCurrent)除须达到180微安培(μA)以下的水准外,在睡眠模式下的待机电流(Stand-byCurrent)也须低于1微安培;不过,当MCU处于睡眠模式时,系统并非完全静止不动,因此如何优化整个装置在MCU处于睡眠模式下的系统设计,让装置更省电,便成了MCU厂商戮力改善的另一重点。

其中,快速唤醒时间即是首要关键。据了解,MCU厂商为了达到节能目的,常在MCU中加入各种运行模式,光是睡眠模式可能就有好几种;以爱特梅尔(Atmel)的SAM4L系列为例,其便可支援睡眠、待机、保存和备用等四种睡眠模式。

因此林任烈强调,在多种复杂的运行模式下,如果总是要花上长时间才能让MCU从睡眠模式中唤醒系统,将难以真正降低系统功耗;因此,各家厂商除了导入睡眠模式设计外,亦极为注重如何加速唤醒时间。目前市面上MCU在唤醒时间的表现平均水准约为5~8毫秒(ms),新唐科技NANO系列的唤醒时间则约为6毫秒。

另一方面,MCU与周边感测器、无线射频(RF)元件的传输介面亦攸关MCU是否能达到有效睡眠模式的关键。林任烈解释,由于睡眠模式中MCU与周边元件的运行方式系随着资料传输速度而变动,也就是资料传输速度愈快,MCU与周边元件唤醒/工作模式切换的时间就愈短;因此,串列周边介面(SPI)、I2C、输入/输出(I/O)接脚等传输介面的设计重点就是「抢快」,愈高速的传输介面才能愈快唤醒MCU,并且缩短MCU处理资料的时间,从而让装置更省电。

林任烈补充,现在愈来愈多诉求低功耗与高效能的MCU也开始导入可加快记忆体存取速度的多通道直接记忆体存取(DMA)控制器。据了解,DMA控制器能在不唤醒MCU的状态下执行及分配资料存取;亦即,DMA控制器能将多笔资料分配储存至静态随机存取记忆体(SRAM)及快闪记忆体(Flash)中,待记忆体储存至一定容量后再唤醒MCU使其能一次处理多笔资料,让进入睡眠模式的MCU不会被轻易打扰。

除了上述设计环节之外,芯科实验室(SiliconLabs)则是透过优化低功耗感测器介面(LowEnergySensorInterface,LESENSE)和周边反射系统(PRS)的设计,开发出该公司旗下的超低功耗MCU--EFM32Gecko。该MCU即使进入睡眠模式,各周边元件如类比数位转换器(ADC)等,亦能自行配对、自主性撷取与传递资料。

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