使用高能效微控制器进行设计

电子设备中嵌入式微型控制器的使用不断增加，加上世界能源危机，将迫使电子工程师关注这些设备中目前被忽略的节能特征。

历史透视
早在1976年就推出了新计算机Cray 1。当时它具有在80MHz时钟频率条件下达到160MIPs的处理能力，为其赢得“超级计算机”的称号。计算能力并非其唯一的破纪录功能：Cray 1需要115kW的电源，包装盒不大于一个英国电话亭。为防止其融化，需要在整个结构中整合一个大功率氟利昂制冷设备。以现今的技术相比，Parallax Propeller控制器是32 位总线机器，Cray则是64位，但它也在80MHz时钟频率条件下管理160MIPs。除外形尺寸外的显著区别是实现该性能所需的功率。Propeller的平均功耗为1W，而很多新设备甚至拥有更好的性能。我现在打字使用的 64 位双核 IntelAtom PC的功耗如此之小，以至于它所连接的电流传感器电源插座扩展器并未感应到它已开启。

VLSI的出现必然为计算机带来更好的处理能力与电源比。早期的NMOS芯片让路与更低功率需求的CMOS。CMOS的一个特征是仅在逻辑设备更改状态时才获取大量电流。这意味着时钟越快，给定微控制器的平均电流消耗就越高。因此，特定MCU将具有两个影响功率预算的因素：静态和动态。

静态电压降低
即使在时钟关闭的情况下，设备仍可通过漏洞消耗能量。在较新的设备中，单电路元件较紧密地封装在一起，可减少绝缘电阻并需要降低电源电压。以+1.8V的电压运行逻辑现在很常见，某些电压甚至低至+0.9V。例如，Microchip的nanoWatt XLPP系列PIC微控制器可在+2.5到+5.5V的电压范围内运行，最大时钟频率为32MHz。如果您能设法应付16MHz，则电源电压可降至+1.8V（假设外围设备也可在此低电压条件下工作）。这使与电压和频率相关的功耗都得到降低。

静态频率降低
如果没有特殊的省电模式可用，则要考虑使用尽可能与在可用时间内完成既定任务兼容的最低时钟速度。有些事情就像电视遥控器一样简单，例如通常使用32kHz的“钟表”晶体频率。

动态电压扩展
在更复杂的情况下，由于处理负载不尽相同，以及“万一”需要保持高速操作，这些固定的或静态的解决方案可能不适用。在这些情况下，可以使用一种称为动态电压扩展(DVS)的技术，该技术使用软件分析处理器需求并使时钟速度和电源电压相应地进行变化。但节能计算非常复杂，必须考虑内存使用等诸多因素。

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