电池使用寿命分析

CR2032纽扣电池广泛用于小型MCU如远程环境传感器中，这是一种锂/二氧化锰3V原电池。典型的供应商 - 例如，柯达（参考1） -评定230 mAh到2V的终点电压能力为 5.6 k (约有0.5 mA). 如果是那样的话，电池寿命将为400小时，相比之下，能源敏感的应用能使使用寿命达到20万小时。这种特殊的电池具有很好的货架寿命或自放电率，数据表显示10年之后其容量达90％。非常相似的是，这相当于连续充电约0.25 A, 如果能够达到10-20年的电池寿命, 应用的一般要求就会满足。

伴随电池寿命的是数量有限的电荷，设计者必须在MCU运行的所有阶段减少产品的电流和时间，不仅要减少每微安的数量，也要减少每个动作的每个微秒。

为了减少深度睡眠模式下消耗的电流，在能源敏感应用的MCU中采用8位（或16位）内核已很普遍。其理由是，8位内核—即使在最新版本中也常常采用这样的设计 - -很小，门控相对较少，静电或泄露电流低。但是，许多现在的应用都需要比8位内核更大的处理功率。在其它MCU应用领域，用户往往选择从一个8位升级到一个32位环境。在低功耗的情况下，人们一直假定32位内核在其掉电模式状态时使用的电流一定是高得令人无法接受的。随着全套低功耗设计技术的出现，今天的IC设计师们已经可能让一个32位ARM内核提供不同的低功耗模式了，与其8位的竞争对手一样好，甚至更好，而且还能实现快速唤醒时间。 32位处理器更高的处理性能也使MCU可以更快完成任务，从而能够在这些低功耗模式中花更多时间来进一步降低平均功耗。

低功耗外围设备功能

要优化最低耗用功率的MCU睡眠状态功耗需要整体的设计方法。除了内核，MCU里的其它模块在待机设备、稳压器、偏置电流发生器，欠压检测比较仪、加电复位电路中会继续吸引一些电流 。在几乎所有情况下，简单的交替换位都适用; 掉电状态越深，就越多外围设备的功能被完全切断，芯片准备好实施处理任务的唤醒时间越长。由于应用的差别很大，MCU设计师提供一种灵活的断电状态下的扩展套件形式就显得很重要了，这样产品设计人员就可以很好地为他个人的项目进行待机功率和响应能力的交替换位。

设计实施ARM内核以实现在nanoamp区最深睡眠状态的电流水平只是低能源战略的一个步骤。能够提供一个32位内核的处理能力为控制能源使用开辟了新途径， 在任何时候，它是MCU供电图下面的区域，随着时间的推移，它表示从电池里取走的电荷（图2）。就是这样，在具体配置中电流消耗的大标题数字越多，设计人员就必须密切注意要最大限度地延长电池的使用寿命。在EFM32微控制器的开发工具包中，这种测量是很清楚的; 这个工具包的基本功能部分是其先进能源监控器（图3）。该设施在填充MCU内核的电流轨中不断测量电流;一个从模拟到数字的转换器（ADC）通过电阻器采集电压，而开发工具包软件集成其读数来精确测量不同时间的功率。

一个32位的内核比能力较小的MCU花更少的时间去积极完成一项相同的任务：同时，该内核在运行时使用的功率也应尽可能低。集中于低功耗的IC设计师们得到了许多精致的设计来实现其目标。例子包括优化所有芯片同步逻辑的时钟门控结构，并组织总线系统和内存 ?a href="http://www.eechina.com/keyword/CSR" target="_blank" class="relatedlink">CSRAM和闪存- 在任何特定处理中的最小开关 -。采用全套低功耗设计方法会在闪存中产生一个运行典型代码的ARM Cortex - M3内核，而使用少到180μA/MHz的能量。认真使用这些相同的技术可以保证数字测量准确，减少到低时钟速率，而不仅是一个最佳性能数字。一旦MCU被唤醒并执行应用代码，M3内核使用Thumb2指令集也有助于减少“活跃时间”。有了这样的紧凑型16位指令的双取指令功能，Thumb2ISA的效率非常好。

在减少电流乘微秒产品时，MCU设计师有很多更好的策略要部署。一个是不仅减少内核在实际处理应用代码时所花的时间，而且缩短唤醒刺激之间的解决时间 - 无论是定时生成或事件驱动 - 并且CPU正在准备做“真正的工作”。一条线路是最大限度地减少启动时间以及内核的时钟信号供应。众所周知，当一个晶体振荡器从关闭状态中启动时，在作为一个系统时钟使用之前，它需要一些时间来稳定其输出。相反，一个RC振荡器作为MCU必须完成的所有任务的时基可能不够准确，但会在开机后的几乎一瞬间产生有规则的输出。部分解决方案是缩短同时提供信号的时间; CPU在开机的同时就开始运行，用RC振荡器调整时钟，而一个小控制电路等它一稳定下来就将时钟源传到一个晶体振荡器上。RC振荡器输出中任何频率精度的不足都不很重要，因为使用它的周期较短。