MCU为兼顾省电及功能 休眠频率应更具弹性

2015-10-22 09:09:09来源: Digitimes
对智能型感应设备来说,为因应长时间运作需求,便须达到电源最佳化。其中,微控制器(MCU)的省电设计关键,在于了解应用情境以设计休眠模式,关闭必要的周边协同单元,同时强化不干扰微控制器的自主功能,才能兼顾省电及功能性。

根据Electronics Weekly网站报导,对采用电池供电的各式感应装置来说,为使设备时时保持运作(always on)状态,设计上反而需将其开发成几乎保持休眠(always off)状态,才能达到节省电力的目的。

不过,设备休眠时间的比例依设备的用途而有所不同。例如,心跳感应器需以50Hz的频率采样,才能取得正确数据。而家庭温度感应器则仅需每秒采样一次即可,二者休眠时间有所不同。

同样的,设备工作周期(duty cycle)依程式所处状态不同而有所差异,也应纳入考虑。以穿戴式装置来说,加速仪(Accelerometer)在休眠状态下仅需每秒采样一次。反之,正常状态时则需增加采样频率,以增加数据搜集的正确性。

以往设计上MCU由于必须管理装置内众多功能,几乎从不休眠。然而,报导认为MCU必须善用休眠模式,才能在省电与执行所需工作间取得最佳平衡。而休眠与正常模式间的电力消耗范围可从1微安培(Microamp)以下,达到数毫安培(Milliamp),甚至数十毫安培。

一般来说,低秏能MCU具有多种休眠模式,供休眠状态下进行各种必要功能,或至少在快速执行外界指令后,迅速恢复休眠状态。一般常见模式大略可区分为浅眠及深眠两种。

浅眠模式中,若能暂停中央控制器(CPU)时脉,便可将电流从数毫安培降至1毫安培以下,同时保持快速甦醒能力。若周边元件具有自主能力,加上直接存储器存取(DMA)引擎可协助提供必要数据,其他功能大致能保持正常运作。

至于深眠模式,通常以最大化休眠状态,来大幅减少电量消耗。不过,执行不支援深眠模式的程式时,由于需重新唤醒系统,反需消耗大量电力。

由于业界缺乏低耗电MCU的标准评断方式(Benchmark),工程师往往必须模拟各种情况下的秏电状况,不仅旷日费时,也常无法真正符合现实应用。

有鉴于此,嵌入式微控制器标准检测协会(EMBC)释出第一阶段(Phase I)低电源检测标准,供检查正常状态下CPU内核及休眠模式下实时时钟(Real-Time Clock;RTC)的电量使用。EMBC亦同时释出第二阶段(Phase II)低电源检测标准,以供检查MCU在休眠模式下,自主周边元件的耗能情形。

深眠模式能关闭不必要的周边元件,可大幅减低耗电量,不过包括RTC在内的多种周边元件由于须执行关键功能,并不适合进入休眠。此时,若能赋予元件更多自主能力,使其在不需透过微控制器状况下能自主完成工作,就能达成兼顾省电及功能性的目标。

关键字:MCU

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mcu/2015/1022/article_23173.html
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