系统详解Silabs MCU低功耗优势及经典案例

断响应

SilabsMCU响应中断的时间非常快，一般只需要5个系统时钟周期。中断响应速度快，CPU花费在等待方面的时间少，这可以节省不少的等待功耗。

运算速度快，处理数据能力强

　 　虽然Silabs的C8051F系列单片机属于CISC指令系统，但由于它采用了“流水线”结构方式处理指令，70％的指令的执行时间为1个或2个系统 时钟，突破了传统的8051单片机运行效率低的弱点，特别是它执行乘法指令只要4个系统时钟，执行除法指令只要8个系统时钟。与那些RISC指令系统的单 片机和那些速度低的CISC单片机相比，这不仅仅带来了数据运算的高效率，同时也极大地降低了系统的功耗。因此，使用每MIPS功耗来衡量Silabs的 C8051F系列单片机的功耗，无论是处理一般事件，还是做数据运算，它都是非常低的，具有明显的优势。图2是和其他MCU做除法运算的速度对比。从对比 中我们可以看出SilabsMCU具有高速处理数据能力的同时也带来了更低的功耗。

总之，深入理解SilabsMCU低功耗的特性，根据实际情况，灵活运用，就可以设计出满足要求的低功耗产品。

SilabsMCU低功耗实现方法

　 　这里举一个运动装置的应用，采用3V电池供电，间歇工作，要求平均功耗不大于200mA。使用SilabsMCUC8051F333成功地实现了低功耗 的应用。选择双时钟系统，即处理数据时使用内部高速振荡器25MHz，空闲时使用外部晶振32.768KHz（如图3所示），并进入Idle模式。

没有使用到的片上模拟和数字外设全部关闭，没有用到的I/O全部设置成漏极开路方式。

下面我们分析一下在不同情况下，CPU的功耗情况。

在温度-40℃～85℃范围内，工作电压3V，系统时钟25MHz的情况下，CPU的功耗典型值是7.8mA。其电气特性参数表如表2所示。

我们还可以大概估算出在不同频率下CPU的功耗。当F>15MHz时，可以用下面的公式来估算：

IDD=IDD1-（F1-F）×IDD2（1）

其中IDD1是在不同电压、最高频率下正常工作时的最小功耗，F1是最高工作频率，IDD2是F>15MHz，不同电压下的IDD频率敏感度。例如，VDD=3.0V；F=20MHz时，根据图2可以算出：

IDD=7.8mA-（25MHz-20MHz）×0.21mA/MHz=6.75mA

当F≤15MHz时，CPU的功耗可以用下面的公式来估算：

IDD=F÷1MHz×IDD2（2）

例如，VDD=3.0V；F=32.768KHz时，根据图2可以算出：

　IDD=32.768KHz÷1MHz×0.38mA/MHz=12.45184mA

在温度-40℃～85℃范围内，工作电压3V，系统时钟32.768KHz的情况下，CPU的功耗可以通过Idle模式下的电气特性参数来计算。Idle模式下的电气特性参数表如表3所示。

根据公式（2），Idle模式下的功耗为：

IDD=32.768KHz÷1MHz×0.20mA/MHz=6.5536mA

从上面的分析我们可以看出，使用外部低频振荡器，并进入Idle模式，CPU的功耗可以降的很低。如果能用上Stop模式，功耗可以降低到0.1mA以下。在模拟该运动装置真实使用环境的条件下，经过使用仪器测试，平均功耗降低到了150mA以下。该产品目前已经批量上市了。

结语

C8051F系列单片机封装小，高集成度，低功耗特性好。只要根据项目的实际情况，认真细致地分析产品的低功耗要求，灵活应用SilabsMCU的低功耗特性，从硬件和应用软件两方面入手，就可以设计出满足不同要求的低功耗产品。