低功耗MCU 的一项非常重要的指标,比如某些可穿戴的设备,其携带的电量有限,如果整个电路消耗的电量特别大就会经常出现电量不足的情况。

 

平时我们在做产品的时候,基本的功能实现很简单,但只要涉及到关于低功耗的问题就比较棘手了,比如某些可以低到微安级的 MCU 微控制器,而自己设计的低功耗怎么测都是毫安级的,电流竟然能够高出标准几百到上千倍,遇到这种情况干万不要怕,只要认真你就赢了。接着仔细分析一下这其中的原因。

 

(1)掐断外设命脉,关闭外设时钟。
先说最直观的,也是工程师都比较注意的方面,就是关闭 MCU 微控制器的外设时钟,对于现在市面上出现的大多数的 MCU 微控制器,其外设模块都对应着一个时钟开关。只需要打开这个外设的时钟,就可以正常的使用这个外设了,当然此外设也就会产生相应的功耗;如果想要让这个外设不产生功耗的话,只需要关闭它的时钟就可以了。

 

( 2)让工作节奏慢下来,时钟不要倍频。除了外设模块功率消耗之外,还有一个功耗大户需要注意一下,这就是 PLL 和 FLL 模块。PLL 和 FLL 主要是用来对原始的时钟信号进行倍频操作,从而提高系统的整体时钟,其功耗也会被提上去。所以在进入低功耗之前,需要切换时种模式,旁路掉 PLL 和 FLL 模块,从而尽可能的降低 MCU 的功耗,等到 MCU 唤醒之后再把时钟切换回去。

 

( 3)围堵涓涓细流,注意 IO 口的电平状态。如果认为只要关闭外设时钟就能够保证外设不再耗电,那么你就太天真了。如果 IO 口没有做好处理的话,它就会在暗地里偷走功耗,而你却浑然不知。具体原因是这样的,一般的 IO 的内部或者外部都会有上下拉电阻,假如某个 IO 口有个 10K 的上拉电阻,把引脚拉到 3.3 V,然而当 MCU 进入低功耗模式的时候,此 IO 口被设置成输出低电平,根据欧姆定律,此引脚就会消耗 3.3 V/10 K = 0.33 mA 的电流,假如有四、五个这样的 IO 口,那么几个 mA 就贴进去了。所以在进入低功耗之前,请逐个检查 IO 口的状态。
如果此 IO 口带下拉,请设置为低电平输出或者高阻态输入。不要把上好的电流浪费在产生热量的功能上。

 

(4)睦邻友好的合作,要注意 1O 与外设 IC 的统筹。
IO 口的上下拉电阻消耗电流这一因素相对比较明显,下边咱来说一个不明显的因素:IO 口与外部 IC 相连时的电流消耗。假如某个 IO 口自带上拉,而此与 IO 相连的 IC 引脚偏偏是自带下拉的,那么无论这个引脚处于什么样的电平输出,都不可避免的产生一定的电流消耗。所以凡是遇见这 - 类的情况,首先需要阅读外设 IC 的手册,确定好此引脚的的状态,做到心中有数;然后在控制单片机 MCU 睡眠之前,设置好 MCU 的 IO 口的上下拉模式及输入输出状态,要保证一丝儿电流都不要被它消耗掉。

 

( 5)断开调试器连接,不要被假象所迷惑。还有一类比较奇特,检测出来的电流消耗很大,可实际结果是自己杞人忧天,原因是因为在测试功耗的时候 MCU 还连接着调试器。这时候大部分电流就会被调试器给掳走,平白无故的让工程师产生极度郁闷的心情。所以在测低功耗的时候,一定不要连接调试器,更不能边调试边测电流。

 

MCU 的低功耗设计是一个细致活,要养成良好的习惯,做到每添加一个功能都要重新验证一下低功耗是否符合要求,这样就可以随时随地减少损耗功率的因素。如果把所有功能都设计好了才去考虑低功耗的问题,一个不小心就可能要更改程序的架构,即便如此也不一定能把功耗给彻底降下去。