【技术大神】如何实现MCU产品最佳低功耗？
随着科技的进步，我们的生活中也出现了越来越多的以MCU作为主控器的产品，从简单的电饭煲，电磁炉，全自动洗衣机到复杂的扫地机器人，航拍无人机，头戴式虚拟现实眼镜，随处都可以找到MCU的身影。而且越来越多的设备都使用了便捷的锂电池供电，这就对产品的功耗，特别是待机功耗提出了严格的要求。因此在产品设计时，如何降低产品的功耗就成了硬件工程师和软件工程师的一门必修课。
硬件工程师在对MCU等主动器件进行选型时，优先选择工作功耗低，休眠功耗低的芯片；在使用被动器件设计电路时，尽量避免设计出增加系统无用功耗的电路。软件工程师在MCU进入休眠前，记得要关闭MCU内部不用的外设，只留下某些中断功能，以保证MCU能正常被唤醒即可；同时，还需要对每个IO在进入休眠前的状态进行确认，不要让休眠时无需工作的外部电路受该IO控制，继续工作而耗电。
以ADC采样电路为例，典型的设计如图一所示。在这种设计下，若MCU进入到休眠状态，a、b两点之间还是有电势差，这就一定会有电流，尽管可以通过增大电阻阻值的方式来减小电流，但是并不能去除。若MCU管脚还有剩余，则可以如图二所示，使用GPIO来代替GND的方法，这样，当使用ADC采样电压时，可以将GPIO设置为输出低电平，实现正常采样，此时的电路结构和图一等效；在MCU在进入休眠前，可以将GPIO设置输出高电平，这样，a、b两点电压一样，没有电势差，就不会形成电流，因此，这样处理后，休眠时，图二的功耗会远远小于图一的功耗。
图1：典型的ADC采样电路
图2：有低功耗需求的ADC采样电路
说完了被动器件，我们再来看看主动器件。这里以SILICON LABS的EFM32为例进行说明。
EFM32 系列的MCU共有六种Energy Mode，图三很好的说明了这六种模式的区别，即使用不同模式时，分别关闭了哪些外设。例如，使用EM2（Deep Sleep）时，LE LCD Controller、LE Timer、LE Sensor IF、LE USB、LE UART都是被关闭的。此时，MCU的功耗可以从图四中看出，为0.9～1.4μA，唤醒时间为2μS。因此在编写代码时，要选择合适的Energy Mode，这样，MCU的休眠功耗才会达到比较理想的效果。
图3：EFM32 不同能耗模式关闭的外设
图4：EFM32 不同能耗模式的性能参数
综上，要使产品的总体功耗最优，一定要从硬件和软件两个方面进行考量，综合设计，这样，做出的产品才会实现最佳低功耗的目的。
作者：車車
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SILICON LABS 32-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 32位MCU选型，频率24MHz~80MHz，Flash存储4kB~2048kB，RAM存储2kB~512kB。
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产品型号
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品类
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系列
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Debug Interface
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Cryptography
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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DAC
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USB
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Cap Sense
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LCD
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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UART
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USART
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SPI
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I2C
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I2S
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EMIF
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RTC
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Comparators
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EFM32GG290F512-BGA112
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32位MCU
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EFM32 Giant Gecko
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48
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512
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128
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1.98
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3.8
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BGA112
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10x10
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±2%
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ETM; SW
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AES-128 AES-256
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90
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12-bit, 8-ch., 1 Msps
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12-bit, 2 ch.
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Cap Sense
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Temp Sensor
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7
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3
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1
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RTC
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
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