【应用】内置DCDC的32位超低功耗MCU，助力智能锁更省电

时间： 2019-09-05 来源：世强作者：风起云扬

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【摘要】性价比优的智能锁方案应具备低功耗、电池寿命长、加密性能好、安全等级高、成本低、远程操控等特征，因此作为智能锁重要控制部分的MCU在功耗、成本和性能上也应具备相当优势。32位MCU EFM32JG/PG系列，具有超低功耗、模拟性能好以及集成度高的特性。其应用于电池供电的智能锁中时，能延长电池的寿命、降低代码难度节省空间、简化设计降低成本，内置的DCDC使其具有优秀的电源管理性能。该系列产品将是你在智能锁应用上的明智之选。

随着科技技术的进步以及人们对生活水平的追求越来越高，智能锁以其加密性能好、智能化程度高、可远程操作、方便灵活、适用诸多场所等优点，正迅速取代传统锁具，在家庭、商业等场所得到广泛的应用。

如下图1所示，是世强给出的一种功能齐全、性价比优秀的方案。对于这一款智能锁，它主要具备如下主要特征：

1）系统功耗低，不需要经常更换电池；

2）加密性能好、安全等级高；

3）集成度高，成本低；

4）具备远程功能，为远程操作提供方便。

图1智能锁内部结构框图

该方案的主控部分，选用了SILICON LABS的EFM32PG（或EFM32JG）系列MCU，它主要负责进行信号采集、显示驱动、声音驱动、机械部分驱动、远程通讯控制以及电源管理等。

在信号采集中，主控MCU将负责按键的采集、指纹的采集以及人体接近传感信号的采集，并执行指纹识别算法、人体接近传感算法等；在显示驱动中，主控MCU驱动TFT显示和LED显示，以提示操作者具体信息；而在机械部件驱动上，主控MCU通过IO口驱动锁舌，并通过光或磁来检测锁舌是否到位；在远程通讯上，主控MCU会通过SPI或UART等接口，与外部通讯组件通讯，以实现远程控制或监控。此外，主控MCU还要实现一些辅助的功能，比如电源管理，存储等。

因此，主控MCU在智能锁中承担着非常重要的角色，它不仅要在功能上满足智能锁的诸多要求，还需在性能上有优势，比如功耗。作为全球知名的精密混合器件提供商，Silicon Labs新进推出了Cortex核的32位单片机EFM32JG/PG系列，它们不仅具有超低功耗、模拟性能好以及集成度高等特性，还拥有独具特色的外设，使其非常适合应用在电池供电的智能锁中。

延长电池寿命，低功耗来助力

智能锁普遍采用的是电池供电，因此，它对功耗非常敏感。如果主控MCU具有低功耗的特性，这不仅可以降低电池成本，还能让客户减少更换电池的麻烦。而EFM32JG/PG满足：60 μA/MHz（能耗模式0 (EM0)），1.4 μA EM2 深度睡眠电流，1.1 μA EM3停止电流，3US快速唤醒（from EM3@ Executing from RAM）。该系列产品无论是高速运行下的功率密度，还是待机下的功耗，或者唤醒时间，都有着优秀的指标。

如果在工作机制上，采用“休眠-->唤醒-->工作”这种循环的工作方式，且休眠安排较长时间，比如999MS（以1000MS为一个周期），唤醒时间是3US，工作时间是0.997MS，那么，平均电流是：I（平均） =（999*1.1uA + 40*1*60uA）/1000 = (1098.9uA.ms + 2400 uA.ms)/1000 = 3.4989uA，即平均电流仅是3.4989uA！可见EFM32JG/PG在低功耗上的优势十分明显，可以显著地延长电池寿命。

降低代码难度节省空间，加密更安全

EFM32PG/JG满足：AES 128/256 位密钥；ECC B/K163、B/K233、P192、P224、P256；SHA-1 和 SHA-2（SHA-224 和 SHA-256）。

EFM32JG/PG支持多种基于硬件的加密形式，这免去了MCU使用软件模拟加密算法的麻烦，可在短短几个指令周期就能完成数据加密或解密任务，大大减少了在工作模式下的运行时间。因此，除了减少代码量来降低代码难度、节省FLASH空间外，更重要的是，可以减少EM0下的工作时间，以降低功耗。

简化设计降低成本，容性触摸按键帮你忙

对于智能锁，都会有输入密码的要求。相对于传统的机械按键，容性触摸按键不仅可以做到更酷、更炫，还可以实现简化设计、降低成本的功能。而EFM32JG/PG不仅拥有容性触摸按键，而且精度高、功耗低在使得产品有亮点的同时，还降低了成本。

优秀的电源管理性能，多亏了内置的DC/DC转换器

在智能锁中，由于是电池供电，为了保证电池使用寿命，供电电压范围会比较宽，一般是1.6~4.3VDC。为了让系统有稳定的供电源，并有一个较高的电源转化效率，一般会需要一个DC/DC。如果选用独立的DC/DC，除了增加$0.4左右的成本外，它还会占用一定的PCB面积。而EFM32JG/PG内部集成了DC/DC转换器，有着200MA的电量输出能力，完全可以满足智能锁系统的用电需求。如此，不仅节约了外扩成本，更减小了PCB的面积。

阶段性任务，高速率处理

为了实现低功耗，一般还是会采用“休眠-->唤醒-->工作”循环的工作方式，其中，在“工作（EM0）”模式下，我们希望主控MCU能以很高的速率尽快完成阶段性的任务，并快速再次进入休眠，以降低功耗。而EFM32JG/PG主频高达40MHZ，可以实现快速处理、快速再次进入休眠的操作。

从上述分析可得出，32位MCU EFM32JG\PG系列在智能锁上的应用，将是你的明智之选！

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雷神 Lv7. 资深专家 2018-05-28

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