- 能源敏感應(yīng)用設(shè)計(jì)
- 靈活的斷電狀態(tài)下的擴(kuò)展套件形式
- 應(yīng)用EFM32的開(kāi)發(fā)工具包及其能源監(jiān)控系統(tǒng)
能源敏感應(yīng)用需在一節(jié)單電池上運(yùn)行多年。其應(yīng)用包括能源的計(jì)量和安全的建立，例如用于無(wú)需外部電源和操作員干預(yù)就能運(yùn)作的情形下, 或用于因無(wú)法獲取d電池和成本的原因不可能更換電池的情況下。
3V鋰/二氧化錳CR2032鈕扣電池通常用于此類(lèi)情形。當(dāng)實(shí)際運(yùn)行降到2V及一個(gè)5.6kΩ負(fù)載時(shí)，這些電池就會(huì)提供標(biāo)準(zhǔn)的230mH容量，等同于0.5毫安的充電電流，這意味著電池有約400小時(shí)的壽命。雖然紐扣電池指定的自放電率只有0.25μA，卻顯示出超過(guò)20年的保存限期。
所以能源敏感設(shè)備設(shè)計(jì)師的目標(biāo)是，盡可能保持接近0.25μA的平均需求，使有源設(shè)備的壽命能達(dá)到幾十年！
設(shè)計(jì)通常會(huì)圍繞一個(gè)低功耗微控制器和可能的超長(zhǎng)電池壽命進(jìn)行，因?yàn)镸CU會(huì)在睡眠模式中花去大部分時(shí)間。它自己的小占空因素是不夠的，MCU操作的每個(gè)方面都需要優(yōu)化, 需要使用最低數(shù)量的功率。要使電池壽命最長(zhǎng)只能通過(guò)對(duì)充電器方面的考慮來(lái)實(shí)現(xiàn) - 電流產(chǎn)品和時(shí)間 - 這是最重要的。
到目前為止，8位（或16位）MCU已應(yīng)用于能源敏感，因?yàn)樗鼈兊膬?nèi)核小，門(mén)較少, 產(chǎn)生的靜電或泄漏電流少，但今天的許多應(yīng)用需要比8位或16位內(nèi)核更強(qiáng)大的處理能力。
當(dāng)人們將低功率這條信息銘記于心時(shí)，他們一直假定32位內(nèi)核使用的電流在其節(jié)電模式下一定是太高了。隨著全套低功率設(shè)計(jì)技術(shù)在今天的IC設(shè)計(jì)師中的盛行，人們才知道32位ARM內(nèi)核提供等同于或優(yōu)于于8位內(nèi)核的許多低功率‘睡眠’模式其實(shí)是可能實(shí)現(xiàn)的。
當(dāng)然，32位處理器具有的更高的處理性能可使MCU完成任務(wù)的時(shí)間更快，這樣它花在低功率模式中的時(shí)間更多，最終會(huì)把平均功耗降低更多。
Energy Micro生產(chǎn)的基于ARM ® Cortex™- M3的EFM32 Gecko微控制器是專(zhuān)門(mén)為能源敏感的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，它消耗的能源只是8位、16位或32位解決方案所需能源的四分之一。
圖1：節(jié)能EFM32 Gecko微控制器的開(kāi)發(fā)工具包有先進(jìn)的能源監(jiān)控系統(tǒng)。
要優(yōu)化最低耗用功率的MCU睡眠狀態(tài)功耗需要整體的設(shè)計(jì)方法。和內(nèi)核一樣，MCU里的其它小塊在設(shè)備待機(jī)時(shí)會(huì)繼續(xù)吸引電流。在幾乎所有情況下，交替換位都適用; 睡眠狀態(tài)越深，就越多外圍設(shè)備的功能被完全切斷，讓芯片準(zhǔn)備好實(shí)施處理任務(wù)的喚醒時(shí)間越長(zhǎng)。
由于應(yīng)用的差別很大，MCU設(shè)計(jì)師提供一種靈活的斷電狀態(tài)下的擴(kuò)展套件形式就顯得很重要了，這樣產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員就可以很好地進(jìn)行待機(jī)功率和響應(yīng)能力的交替換位。
EFM32為設(shè)計(jì)師提供了5種不同的和分級(jí)的能源模式，幫助減少能源消耗：EM0運(yùn)行（180μA/MHz），EM1睡眠（45μA/MHz），EM2深度睡眠（0.9μA），EM3停止（0.6μA的）和EM4關(guān)閉（20nA）。在反應(yīng)方面，喚醒時(shí)間從EM1，EM2到EM3模式僅需2μs。
圖2：基于EFM32 Gecko 微控制器的Energy Micro的ARM ®Cortex™- M3芯片架構(gòu)。
在限制功率中, 集成當(dāng)然是一個(gè)很重要的因素。Gecko MCU形成了有最少外部元件的系統(tǒng)基礎(chǔ)，由于全套低功耗線(xiàn)路板外圍設(shè)備包括：一個(gè)8通道，在全分辨率下采用200 µA 的12位ADC和1 Msamples/sec的轉(zhuǎn)換率和只用900nA的4x40部分LCD控制器。
盡管有高效的32位處理器內(nèi)核的存在，有許多應(yīng)用功能并不要求它具有全套處理能力，如果在待機(jī)時(shí)，即使是最節(jié)能的內(nèi)核也會(huì)使用較少的電源！因此EFM32有一個(gè)互連結(jié)構(gòu)稱(chēng)為外圍設(shè)備反射系統(tǒng)，它使外圍設(shè)備與外圍設(shè)備之間對(duì)話(huà)而沒(méi)有來(lái)自ARM內(nèi)核的任何干擾。節(jié)能的微控制器能將功率需求減少到盡可能少，能源敏感的應(yīng)用會(huì)尊重他們的冠名權(quán)。
