根據數據手冊列出的電流消耗規格來比較和選擇低功耗單片機（MCU）是一項比較困難的任務。在大多數情況下，選擇MCU的開發人員會先初步看看數據手冊第一頁，作為快速獲得器件信息的參考點，其中包括外設、運行速度、封裝信息、GPIO引腳數量和供電特性等。這種方法對于獲得器件的整體性能很有效，但是在評估低功耗特性時卻不實用。

　　為了對低功耗操作有全面了解，開發人員還要考慮電流消耗、狀態保持、喚醒時間、喚醒源，以及低功耗模式下可運行的外設等。開發人員在相同操作模式下對比同類低功耗MCU，以獲得客觀的逐項比較結果。另外，易用的評估工具也非常重要，因為能評估整體系統功耗的額外功能和外設，使工程師的工作更加容易。

　　MCU供應商通常會在數據手冊第一頁列出最低功耗值。雖然器件可能實現數據手冊中提到的規格，但是實際的操作模式可能在應用中不一致。某些不利的低功耗特性并未列出，包括極慢的喚醒時間、無狀態保持或RAM保持功能，或者操作電壓范圍縮小。為了深入了解各種低功耗特性，開發人員需定義相同的操作模式，其中包括兩部分：電氣規格和低功耗功能。

　　電氣規格比較

　　電氣性能規格羅列在數據手冊中，通過仔細研究才能判斷哪種規格更加重要。通常電氣規范依據供應商定義的電源模式組織分類，這將使評估更加困難，因為需要熟悉每種電源模式的功能。一般情況下，定義一系列操作條件并對應到一種電源模式更有意義。例如，開發人員可能會定義下面一組操作條件：

　　· 狀態保持和RAM保持條件下的休眠模式電流消耗

　　o 所有其他外設禁用

　　· RTC啟用且狀態保持和RAM保持條件下的休眠模式電流消耗

　　o RTC啟用，所有其他外設禁用

　　· 喚醒時間

　　· 供電電壓范圍

　　一旦操作條件有明確的定義，那么就很容易判定屬于何種電源模式。

　　額外的低功耗特性

　　第二部分是低功耗特性，這在供應商文檔中很難找到，其散布在數據手冊和參考手冊中。低功耗功能的示例包括：

　　· 可用的喚醒源。

　　· 如何恢復代碼執行。

　　· 在休眠模式下可操作的外設。

　　一旦相同的操作模式明確定義，開發人員可以開始研究文檔中的更多細節。

　　經過收集數據的過程之后，還可以通過MCU相關的特性針對應用進一步降低功耗。這些特性優化可以減少BOM成本、提供更長的產品生命周期或者提供更好的設計靈活性。例如，片上DC-DC轉換器能夠有效為系統提供電能，從而減少功耗，并且允許使用更小的電池、降低整體BOM成本，或者提高功率預算的靈活性。多種喚醒源可以提升設計靈活性，允許MCU盡量停留在最低功耗模式，進一步降低應用的平均電流消耗。

　　開發人員的另一種優化方式是允許固件改變片內電源電壓范圍。當MCU在低頻率下運行時，可以減少供電電壓，從而節省功耗。可選的時鐘門控使硬件模塊與活動電路斷開連接，從而避免不工作的外設消耗電能。以上特性沒有列舉在衡量低功耗MCU的供電電流規格中，但其實是實現最低整體系統功耗的關鍵。

　　使用工具降低設計復雜度

　　為實現最低功耗，MCU具有越來越高的配置度，但是也導致設計越來越復雜。為了應對增加的復雜性，開發人員應當關注MCU的評估平臺和易于實現的解決方案。例如，用于編程MCU的開發板和軟件工具應當是直觀和方便使用的。使用不便的硬件將增加固件開發難度。而從固件的角度來看，MCU供應商應該提供可以實現數據手冊上規格的固件示例。如果列舉的電流消耗規格無法在評估板上實現，那在定制的硬件上配置MCU來獲得這些數據更加困難。為客戶提供可用于代碼開發起點的各種代碼示例能夠幫助工程師更好的學習如何使用器件，并加快產品上市時間。

　　圖形化配置工具能夠輔助開發，幫助開發人員更深入的理解MCU。在開發低功耗應用時，需要了解整體功耗的分布。只有熟悉這些信息，才能明確哪些設計可以進一步優化，也能更好理解整體架構。理想情況下，低功耗配置工具能夠給出進一步降低功耗的提示，也包括配置過程中檢測到的任何配置錯誤。例如，Silicon Labs AppBuilder圖形配置工具中的功耗評估器能夠顯示提供配置指導的功耗提示，并且也提供功耗預算的餅圖，顯示有多少電能消耗，以及哪些外設正消耗電能;當配置更改時，餅圖將自動更新。

　　為了簡化MCU的比較過程，下表中列出幾種常見操作模式，以及Silicon Labs基于ARM Cortex-M3內核的SiM3L1xx MCU系列產品可提供的系統級優化功能和開發工具。

　　小結

　　為低功耗應用評估和選擇MCU，僅了解數據手冊第一頁是遠遠不夠的。開發人員深入分析器件的供電電流規格，由此決定哪個MCU可提供最低整體系統功耗，以及減少整體電源電流的系統級優化功能。

　　通常各個MCU供應商指定的操作條件不同，在一些情況下，列出的低功耗數據僅出現在不實用的模式中。在相同操作模式下對比MCU將避免開發人員被供應商宣稱的超低功耗數據所誤解。

　　一旦理解和確定器件的電氣特性，開發人員還應關注合適的評估平臺和軟件工具。MCU的選擇過程中需要考慮以上因素，因為這對于工程團隊的快速運作非常重要。

　　Silicon Labs公司單片機產品經理Evan Schulz

　　Evan Schulz是Silicon Labs公司單片機產品經理，專注于公司的32位單片機系列產品，此前擔任公司MCU團隊應用工程師。Evan先生于2008年作為助理應用工程師加入 Silicon Labs公司。他擁有德克薩斯州大學奧斯汀分校的電機工程學士學位。
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