节能微控制器设计使电池寿命长达20年

在设计电池供电产品时，人们显然希望电池寿命尽可能长些。作为一个快速发展的设备种类，从单电池发展起来的应用不仅仅停留在规格上，而是以整个产品的概念为中心。能源敏感的产品应用大致分为能源计量系统、家庭与楼宇自动化、安全和医疗系统。这些产品通常会围绕一个微控制器(MCU)，必须用单一的原电池运作很长时间。在某些应用中，要想更换电池是很难的甚至不可能的，在其它应用中，最终用户不愿意支付更换电池的成本。

在这样的应用中采用的是占空比非常低的很活跃的微处理器，在“深度睡眠”状态下时间可能占了99%甚至更高，达到99.9%也不罕见。微处理器在一个周期循环或在回应某些刺激时被“唤醒”，执行操作，并返回到睡眠状态中。由于较长时间处于睡眠状态，很明显，获得最长电池寿命的关键参数是在掉电状态下的电流消耗。不过，同一节电池的使用寿命为三四年或超过十年、二十年，甚至更长时间的区别在于要密切注意这个任务如何使用MCU资源的每个方面，以及MCU本身是如何以各种方式减少能源消耗的。

一节单电池用20年

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，如柯达，评定230mAh到2V的终点电压能力为5.6k(约为0.5mA)。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0.25A，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8位升级到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。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。