让 MSP430 功耗更低的秘诀 — 第 2 部分

在上周的《让低功耗 MSP430 的功耗更低》一文中，我们探讨了特别有趣的 MSP430 属性：尽管 MSP430 的电源电压范围很宽（1.8 至 3.6V），但功耗会随提供给 MCU 的特定电压变化而变化。换句话说，电源电压从 1.8V 提高到 3.6V 会明显增大电池的流耗。这是我们想要尽量避免的，因为这样只会导致电池电量更快耗尽，最终给这部分用户带来困扰。

这就是稳压器能帮上忙的地方。我们正在通过降低电源电压有效限制流耗。

 

 

尽管转换开关在这些较轻负载下性能非常出色，但一旦输出电流降至 uA 范围时，其性能就开始降低了。当在提供小于 100uA 电流时，我们预计效率会远远低于 70%。

让我们将其与 LDO 对比。与 DC/DC 转换器不同，LDO 的效率不会随输出电流出现很大变化。其通常可简化为：

 

对于这个实例，可以说在大多数条件下效率可预计为：

 

但是，一旦输出电流变得越来越轻，该公式就会出现问题。在这种情况下考虑功耗时，我们还必须将 LDO 的静态电流纳入考虑因素。为此，我们必须使用以下公式：

 

可以说我们正在使用 TPS78222 向正处于低功耗模式下的 MSP430 提供 10uA 电流。由于 TPS782 具有 420nA 的静态电流，我们应该将效率预计在 70.3%。我们看到效率有所下降，是因为不得不考虑提供给 LDO 的静态电流。然而由于该静态电流非常小，因此几乎没有影响所需的高效率。在您希望您的MSP430 处于低功耗模式下以延迟时间周期时，最重要的是提供尽可能低的静态电流。

如前文所述，选择最高效率的选项，取决于您希望您的 MSP430 以什么样的频率进入低功耗模式。健身腕带或智能手表等可佩戴应用并非总是处于工作状态，它们可能有很长的空闲时间周期，可以让 MSP430 进入低功耗模式。在这种情况下流耗会下降，如下图中低功耗模式所示：

 

 

如果应用的大部分时间都处于这种模式下，那么更高效率的选项通常就是低静态电流 LDO。但如果应用具有较高的占空比，转换开关通常将实现更长的电池使用寿命。

回想一下，TI 最近发布了一款降压 DC/DC 转换器，其可在轻负载下保持很高的效率，在这方面可匹敌 LDO。TPS62740 是一款 360nA 静态电流的转换开关，即使在向负载提供 10uA 的电流时，也能保持 90% 的效率。这是一款非常好的器件，它可在工作及低功耗模式下保持如此高的效率。当然，不足之处是解决方案尺寸较大，所产生的电磁辐射可能会影响应用。

在支持小型可穿戴应用时，尽量使组件小型化非常重要。这里，根据应用的尺寸情况，LDO 可能比降压转换器更合适，因为它具有更少的外部组件，而且无需电感器。

到目前为止应该非常明显了，在低静态电流 LDO 或 DC/DC 转换器之间进行选择要取决于具体应用。但能确定的一点是添加稳压器对延长应用电池使用寿命非常关键。这可能不太直观，但降低提供给 MSP430 的工作电压确实能限制各种电池的流耗。

幸运的是，5 系列和 6 系列 MSP430 都能通过集成 PMM 或电源管理模块来充分发挥这一优势。如下图所示，需要根据系统频率使用四个不同内核电压中的一个来为 MSP430F643x 供电：