浅谈Microchip低功耗微控制器芯片的数据表

　　低功耗微控制器是一种需求旺盛的产品，受双重设计驱动，需要：（1）节省能源以降低设备的运营成本；（2） 满足手持式电池供电设备的严格能源预算。大多数 MCU 芯片供应商都提供低功耗产品，这些制造商总是吹嘘他们的 MCU 如何具有最低功耗。虽然这些说法可能有道理，但在使用嵌入式处理器进行设计时，您必须确保了解我的一位工程朋友所说的“哦，顺便说一下”。

　　本文旨在帮助您查看详细信息，而不仅仅是比较数据表第一页上的要点。它将帮助您熟悉 MCU 选择的架构，并检查为典型的低功耗 MCU 收集的规格，可从Microchip Technology、Renesas、Texas Instruments和Freescale都致力于帮助您为您的应用选择合适的嵌入式 MCU。

　　在此过程中，我们将指出以下因素：

• 　　掉电模式
• 　　时钟系统
• 　　事件驱动能力
• 　　片上外设
• 　　漏电流
• 　　很多电源管理选项

　　首先让我们考虑一下 Microchip PIC24FJ128GA310（图 1）。这款 16 位处理器是工程师的最爱，因为它采用 Microchip 的纳瓦 XLP 技术，具有 60 x 8 LCD 控制器，并采用 64/80/100 引脚封装。该器件还具有五个外部中断、一个六通道 DMA、一个可编程 32 位 CRC 发生器和七个比较/PWM 模块。

　　图 1：Microchip 的 PIC24FJ128GA310 系列 MCU 框图。

　　该芯片的数据表宣传了多种电源管理选项，用于“极端”降低功耗（因此有 XLP 标签）、过渡到备用电池的规定以及运行 RT 日历/时钟 （RTCC） 时的低功耗。它具有允许几乎完全断电的深度睡眠模式，能够通过外部触发唤醒以及可以选择性地关闭外围设备和/或内核的睡眠和空闲模式。

　　在深度睡眠中，主稳压器关闭，低功耗稳压器打开，所有电源都从芯片内核中移除。核心和外围设备无法正常工作。只有 RTCC 和两个寄存器可用。在这种模式下，该芯片仅从 2.0 V 电源或 40 nA 的 3.3 V 电源中消耗 10 nA - 如果您打开 RTCC，则为 400 nA。您也可以留在 WDT，这通常需要 270 nA。

　　现在，再深入一点，在 85°C 时，深度睡眠数显着上升至 2.0 V 时的 1.1 µA 和 3.3 V 时的 1.4 µA，并且 RTCC 再次增加了 400 nA——这是在整个温度范围内保持不变的。唤醒时间仅为 200 µs。

　　PIC24 还具有 LV 睡眠模式，其中主稳压器关闭，而特殊的低功耗稳压器打开。整个芯片已通电，但 LCD、RTCC 和定时器等外围设备处于关闭状态，如果启用，将增加功率。在 2 V 时，规定为 330 nA，但要小心，因为在 85°C 时，该值高达 7.7 µA。还应注意，这些都是典型值，而不是最大值。从该模式唤醒仅需 90 µs。

　　该芯片以 32 MHz 运行，产生高达 16 MIPS，在 2 V 时通常需要 4.8 mA。电流随 VDD 或温度变化非常小，因为 IC 有一个稳压器为内核供电。此测量的设置是从闪存执行的代码，没有启用外设，也没有 I/O 驱动，时钟来自外部源。运行 A/D 在 25°C 时增加 750 µA，RT 时钟在所有温度下增加 400 nA。

　　许多安全功能

　　16 位瑞萨电子 RL78/G14 （ R5F1006EASP） MCU（图 2）在 32 MHz 时提供高达 44 DMIPS 的性能，其 85% 的指令在一个时钟周期内执行。该控制器具有 64 KB 的闪存（高达 500 K 可用），并具有精度高达 64 MHz 的 16 位电机定时器和包括六通道互补 PWM 在内的五种 *** 作模式。它具有许多安全功能，包括 CRC、非法内存访问检测和 IEC/UL 60730 支持。它的工作电压为 1.6 至 5 V，具有 10 通道 10 位 A/D。

　　在停止模式下，RL78/G13 在 32 MHz 至 5.5 V 时需要 0.54 mA。这仅适用于 RTC 降至 0.46 µA。在停止模式下，该数字降至仅 0.23 µA（全部停止，RAM 保留），仅欠压检测仅 0.08 µA。

　　停止模式电流只是泄漏（没有时钟开启）并且在更高的温度下会显着上升。MCU 中所有部件（门、寄存器、RAM）的泄漏通常为 0.9 µA，但在 85°C 时指定为最大值 3.3 µA。

　　有功电流在 32 MHz 时为 66 µA/MHz，据说是当今市场上最低的。但是，这仅用于运行 NOP，因此在 32 MHz 时需要 2.1 mA。但是，根据指令组合，电流可以高达 144 µA/MHz，同样适用于 64 KB 闪存版本的器件。MCU 工作电流额定为 -40° 至 85°C，在整个温度范围内具有相同的典型和最大有功电流。当使用高速外部或片上振荡器时钟时，从停止到激活的转换时间最长为 32 µs。快速

　　唤醒

　　MSP430F5510TI 的 MSP430 版本（图 3）具有 32 KB 闪存和 6 KB RAM 以及 10 位或 12 位 A/D 转换器。该 MCU 包括全速 USB、实时时钟、DMA、乘法器和比较器以及嵌入式仿真模块。

　　图 3：德州仪器 MSP430F5xx 系列的框图。

　　对于该器件，在使用 3 V 电源从闪存运行的主动模式下，电流消耗在 1 MHz 时仅为 250 µA，在 8 MHz 时为 1.55 mA （193.75 µA/MHz）。

　　在待机状态下，启用自唤醒和欠压复位、完全 RAM 保持、看门狗定时器和电源监控器运行以及 USB 禁用，它需要 –40°C 时 1.1 µA、25°C 时 1.3 µA 和 2.7 µA µA 在 85°C。那里没有很大的变化，但仍然很重要。如果打开 RT 时钟，电流在 25°C 时为 2.1 µA，在 85°C 时为 3.6 µA。使用 3V 电源运行 A/D 会增加 75µA。从待机到激活的快速唤醒时间不到 5 µs。

　　十种电源模式

　　接下来让我们看看飞思卡尔的 32 位 KineTIs K20 系列器件（图 4）。MK20DX256ZV具有 10-MHz Cortex M4 内核、256 KB 闪存和 25 通道 16 位 A/D 。该器件还具有 CRC、内存保护单元、电容式触摸单元、WM 和 64 KB SRAM。电源电压范围为 1.71 至 3.6 V，可管理 1.25 Dhrystone MIPS/MHz。

　　图 4：飞思卡尔 MK20DX256ZV MCU 的特性。

　　以 12.5 MHz 运行，外设关闭电源电流约为 5.5 mA，在 85°C 时电流大致相同。该芯片有 10 种电源模式。在 CPU 静止的停止模式下，所有寄存器都保持不变且 A/D 处于活动状态，来自 2.0 v 电源的电流约为 310 µA。在 85°C 时，在相同模式下，电流为 380 µA。从停止模式唤醒的时间为 4.5 µs。在 K20 的最低功耗模式下，仅保留 32 字节寄存器，电流仅为 220 nA（电源 = 3.0 V），但在 85°C 时上升至 5.50 µA。从该模式到完全运行需要 130 µs。

　　概括

　　对于所有 MCU，检查您使用的确切版本的电源非常重要。如果您决定使用更多闪存的芯片，您的泄漏电流将成比例增加，这在高温下尤其重要。对于此处包含的一些数据，典型规格很容易获得，但应该注意的是，最大规格实际上是唯一重要的，因此您可能需要更深入地挖掘。总体而言，选择低功耗 MCU 可能是一项耗时且艰巨的任务，但对于那些花时间学习架构特性和可能选择的更广泛 *** 作参数的人来说，回报将是能够更好地满足苛刻的功率预算的设计。