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超低功耗的嵌入式应用之五种电源模式详解

超低功耗的嵌入式应用之五种电源模式详解

点击数:7906 次   录入时间:03-04 11:37:01   整理:http://www.55dianzi.com   电工技术
必须明确某种模式下能提供唤醒源。举例来说,需要某种中断才能从休眠模式唤醒,在冬眠模式下则需要I2C地址匹配中断以唤醒器件。需要了解每种模式下有哪些资源工作,能提供什么唤醒资源。举例来说,系统中可用比较器中断作为唤醒源,在超出设定阈值情况下可用模拟输入唤醒系统。就图1所示的应用而言,唤醒需要采用GPIO中断或者甚至硬复位,因为RTC会随时运行,而且控制器不需要保持此前的状态。

  冬眠和停止模式下,功耗可低至100nA。对于RTC本身而言,您会很容易找到功耗很低的RTC(仅消耗100-200nA)。假设控制器直接驱动LCD,我们可认为LCD的关闭状态功耗为零。

  这就使得图1所示系统中的平均功耗在300nA的范围内。如果我们假设设计方案采用CR2032作为电源,电池容量约为225mAh。就300nA的电流来说,电池仅在器件始终处于断电模式下能支持70到80年的工作。

  每次按下按键,控制器都会唤醒。这会将控制器的功耗提升到500μA-1mA的范围。假设功耗为1mA左右,控制器从RTC获取数据并显示在LCD上。控制器执行这项工作只需很短的时间,但显示屏要保持较长工作时间(假设说显示屏亮起10秒钟确保用户看到数据)。作为直接驱动LCD,控制器必须保持较长的工作时间,也就是要消耗更多电荷。在此情况下,赛普拉斯的PSoC4等器件可提供低功耗模式,能让设备关闭所有其它外设,仅运行驱动LCD所需的模块。在这种器件中,LCD驱动运行在特定的低功耗模式下,这种模式被称为数字关联模式。其结果就是大幅减少电流消耗。

 每次按键都会经历如图2所示的电流曲线。曲线下方区域是单次按键的典型功耗。消耗的电荷计算如下:

  Q = (1mA*1ms) + (20μA*10s)

  根据上面的数据,我们可计算出给定电源能支持多少次按键。

  工作模式下所花的时长非常重要,因为这种模式下耗电最大。一个选项是让MCU保持工作模式,但CPU时钟速度较低,从而降低工作模式下的耗电。不过,这会导致更高的平均功耗,因为工作模式所花的时间取决于时钟频率。此时由于MCU必须处于工作模式,因此功耗取决于MCU处理数据所花的时间。更快速的MCU能很快完成任务,从而延长处于低功耗模式下的时间,也就能让系统减少功耗。系统设计人员可根据系统要求明确最佳配置。

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