當(dāng) MCU 功耗剛開始成為重中之重時，設(shè)計(jì)人員可以簡單地查看數(shù)據(jù)表來比較有功功率，希望它們都處于相同的頻率，并據(jù)此做出判斷。比較睡眠模式下的功耗并不是那么困難，盡管您必須確保它們都指定 RTC 開啟、其他時鐘停止、數(shù)據(jù)保留、其他外設(shè)處于三態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)等等。即便如此，隨著 MCU 供應(yīng)商在幾何曲線上遵循摩爾定律，有功功率的節(jié)省被增加的漏電所抵消，這使得睡眠模式變得越來越?jīng)]有完全關(guān)閉芯片部分的吸引力。

　　今天，比較不同 MCU 之間的功率規(guī)格變得更加復(fù)雜，因?yàn)楣?yīng)商已經(jīng)實(shí)施了可能無法直接比較的各種低功耗模式。由于大多數(shù)應(yīng)用中的 MCU 通常將大部分時間花在一種或多種睡眠模式中，因此問題就變成了 MCU 能否從這些模式中的每一種足夠快地返回到運(yùn)行模式以完成手頭的任務(wù)。本文將探討喚醒時間作為評估給定斷電模式是否適合給定應(yīng)用的重要變量。因此，喚醒時間已成為一項(xiàng)重要的低功耗規(guī)范。

　　醒來！

　　最新一代的 MCU 具有多種睡眠模式，每種模式都涉及關(guān)閉越來越多的功能。瑞薩電子 RX111具有三種掉電模式：休眠、深度休眠和軟件待機(jī)，如圖 1 所示。

　　圖 1：瑞薩電子 RX111 功耗和喚醒時間（瑞薩電子提供）。

　　RX111 有多種運(yùn)行速度，睡眠和深度睡眠模式下的功耗取決于外設(shè)時鐘的速度，因?yàn)?I/O 引腳和高速片上振蕩器 （HS OCO） 保持活動狀態(tài)即使 CPU 時鐘已關(guān)閉。

　　在睡眠模式下，CPU 停止并保留數(shù)據(jù)。32 MHz 睡眠模式下的功耗通常為 6.4 mA，返回運(yùn)行模式需要 0.21 μs。

　　在深度睡眠模式下，CPU、RAM 和閃存停止并保留數(shù)據(jù)，但多個外設(shè)保持活動狀態(tài)。在 32 MHz 時，RX111 消耗 4.6 mA 電流，需要 2.24 μs 喚醒并進(jìn)入運(yùn)行模式。

　　在軟件待機(jī)模式下，PLL 和除副時鐘和 IWDT 之外的所有振蕩器都停止；幾乎所有模塊都被關(guān)閉，但數(shù)據(jù)被保留。此模式下的電流消耗從 350 到 790 nA 不等，具體取決于是否使用 LVD 和 RTC 功能。在 32 MHz 時，CPU 需要 40 μs 才能返回運(yùn)行模式。

　　關(guān)閉的功能越多，芯片消耗的功率就越少，但喚醒并執(zhí)行有意義的工作所需的時間就越長。如果喚醒到慢速運(yùn)行模式，喚醒時間可以大大縮短。例如，如果 CPU 以 4 MHz 運(yùn)行，RX111 需要從軟件待機(jī)跳轉(zhuǎn)到運(yùn)行模式所需的 40 μs 縮短到 4.8 μs，這可能足夠快，可以定期檢查傳感器數(shù)據(jù)。

　　喚醒時間通常是決定設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用程序的任何給定點(diǎn)可以使用哪種斷電模式的限制因素。監(jiān)控電池電壓的 RX111 應(yīng)用程序（例如掉電檢測器）可能以 1 MHz 運(yùn)行，大部分時間處于軟件待機(jī)模式（消耗 0.9 mA）并在 15.8 μs 內(nèi)喚醒。另一方面，不斷輪詢的高速數(shù)據(jù)處理應(yīng)用程序可能只能斷電進(jìn)入睡眠模式（32 MHz 時為 6.4 mA），以便足夠快（在 0.21 μs 內(nèi)）喚醒以解析標(biāo)頭并確認(rèn)收到。

　　快速低功耗 32 位 MCU

　　選擇最適合給定應(yīng)用的低功耗 MCU 始終涉及“四個 P”：功耗、性能、價格和外設(shè)。假設(shè)外圍設(shè)備足夠且價格可以接受，明智地調(diào)整喚醒時間可以減輕功耗和性能之間的權(quán)衡。結(jié)果將是特定于應(yīng)用程序的，但非常值得追求。它還涉及大量研究數(shù)據(jù)表和用戶手冊，或者在最壞的情況下，在評估板上分析您的代碼，因?yàn)橥ǔ２蝗菀渍业絾拘褧r間。下面的簡短調(diào)查省略了大部分細(xì)節(jié)，以便盡可能對一些領(lǐng)先的低功耗 32 位 MCU 進(jìn)行比較。指示的最低功耗模式是數(shù)據(jù)保留和 RTC 開啟。

　　恩智浦的 LPC110/04是一款低成本、50 MHz、32 位基于 ARM? Cortex?-M0 的 MCU，具有 32 KB 閃存、8 KB 數(shù)據(jù)存儲器和 11 個 GPIO 引腳。LPC1102 具有活動、睡眠和深度睡眠模式。它可以在 56 μs 內(nèi)從深度睡眠模式 （220 nA） 喚醒。主動模式功耗約為 140 μA/MHz。

　　飛思卡爾的 Kinetis KL05是一款基于 48 MHz ARM Cortex-M0+ 的 MCU，具有高達(dá) 32 KB 的程序閃存和 4 KB 的 RAM。KL05 MCU 提供了相當(dāng)大的靈活性，具有九種低功耗模式和一個異步低泄漏喚醒控制器，可根據(jù)應(yīng)用要求實(shí)現(xiàn)功耗優(yōu)化。有功功耗約為 89 μA/MHz，在最低功耗模式下降至 0.96 μA。從前一個模式喚醒的時間為 96 μs。

　　意法半導(dǎo)體‘ STM32L151C6U6是一款基于 32 MHz ARM Cortex-M3 的 MCU，具有高達(dá) 128 KB 的閃存、16 KB 的 RAM 和 93 個快速 I/O。運(yùn)行模式下的功耗為 214 μA/MHz。在其最低功耗模式下，它消耗 0.9 μA 電流，并且可以在不到 8 μs 的時間內(nèi)喚醒。

　　Silicon Labs 的 EFM32G210 MCU（之前的 Energy Micro Gecko）具有 32 MHz ARM Cortex-M3 內(nèi)核，在運(yùn)行模式下消耗 180 μA/MHz。EFM32 有四種低能耗模式（圖 2）；軟件啟動從活動模式 （EM0） 到低功耗模式的轉(zhuǎn)換，并中斷觸發(fā)轉(zhuǎn)換回 EM0。在其最低功耗模式下，EFM32G210 消耗 0.9 μA 電流，并可在 2 μs 內(nèi)喚醒。

　　圖 2：Silicon Labs EFM32G210 能量模式轉(zhuǎn)換（由 Silicon Labs 提供）。

　　圖 3 總結(jié)了上面給出的信息。它應(yīng)該被視為具有指導(dǎo)意義，但不是確定性的，因?yàn)槊總€芯片都有多種具有不同喚醒時間的斷電模式，每種模式都可能適用于應(yīng)用程序的不同點(diǎn)。目前，需要大量挖掘數(shù)據(jù)表和硬件手冊才能找到除最低功耗睡眠模式之外的所有模式的喚醒時間，如果速度足夠快，甚至可能出現(xiàn)在產(chǎn)品手冊中。設(shè)計(jì)工程師應(yīng)該鼓勵半導(dǎo)體供應(yīng)商分解這些信息并使其更容易獲得；因?yàn)樗堑凸脑O(shè)計(jì)中的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。

　　圖 3：32 位 MCU 睡眠模式和喚醒時間的比較。

　　從紙到實(shí)踐

　　顯然，您需要查看預(yù)期應(yīng)用的功率曲線，以便準(zhǔn)確評估給定的 MCU 是否能夠滿足您的功率目標(biāo)，這通常歸結(jié)為便攜式應(yīng)用中可接受的電池壽命。為了準(zhǔn)確地做到這一點(diǎn)，您需要在圍繞目標(biāo)處理器構(gòu)建的評估板上編譯、下載和運(yùn)行您的代碼。如果您的供應(yīng)商的 IDE 包含電源分析器，請查看您的應(yīng)用程序在每種斷電模式下花費(fèi)了多少時間；如果沒有，請?jiān)谡{(diào)試器中設(shè)置斷點(diǎn)并自行查找。查看是否沒有可以在較低時鐘速率下運(yùn)行的代碼段；如果您要使用低功耗睡眠模式，還要檢查 CPU 是否可以足夠快地喚醒。更多的選擇帶來更多的復(fù)雜性，

　　總結(jié)

　　當(dāng)有多種 MCU 掉電模式可用時，每種模式的喚醒延遲將決定其對給定功能的適用性；只有確定了這一點(diǎn)，您才能開始比較不同 MCU 的功率曲線。哪種 MCU 最適合特定設(shè)計(jì)最終將由應(yīng)用程序驅(qū)動。有關(guān)此處討論的 MCU 的更多信息，請使用提供的鏈接訪問 Digi-Key 網(wǎng)站上的產(chǎn)品頁面。